Рекристаллизация. 
Физика металлов. 
Рекристаллизация металлов и сплавов

Рекристаллизацией называется процесс зарождения и роста новых зерен с большеугловыми границами при отжиге деформированных металлов. Движущей силой рекристаллизации является энергия, запасенная при деформации, а на более поздних стадиях — зернограничная энергия. Различают первичную, собирательную и вторичную рекристаллизации.

З.1 Первичная рекристаллизация

Это стадия зарождения и роста новых, недеформированных зерен. Первичная рекристаллизация может быть частичной или полной. При полной рекристаллизации вся деформированная структурная составляющая поглощается новыми зернами.

З.1.1. Параметры первичной рекристаллизации

Важной характеристикой этого процесса является температура появления рекрисгаллизованных (недеформированных) зерен, т. е. температура начала рекристаллизации. Эта температура не является физической постоянной, такой как, например, температура плавления металла, и зависит от степени деформации и длительности отжига, а именно: чем больше степень деформации и чем выше продолжительность отжига во времени, тем ниже температура начала рекристаллизации. Данная закономерность обусловлена возрастающим термодинамическим стимулом рекристаллизации при увеличении степени деформации (растет запасенная энергия системы), а также отражает тот факт, что образование зародышей рекристаллизации — процесс термически активируемый, и увеличение длительности и температуры отжига увеличивает вероятность их появления. Потребностью в термической активации может быть также объяснено наличие инкубационного периода — промежутка времени, в течение которого рекристаллизация не наблюдается.

В изотермических условиях на величину инкубационного периода оказывает существенное влияние степень предварительной деформации. Чем больше степень деформации, тем раньше начинается процесс рекристаллизации при последующем отжиге, т. с. тем меньше величина инкубационного периода. Так, для алюминия, деформированного на 1,9%, инкубационный период составил порядка 40 000 с, тогда как для 5,1% - 3 000 с (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Влияние предварительной деформации на кинетику рекристаллизации алюминия при 350 С (Р. Хоникомб).

Размер зерна к моменту окончания первичной рекристаллизации зависит от соотношения между скоростями зарождения центров рекристаллизации и последующего их роста. Обычно с увеличением степени деформации скорость зарождения возрастает быстрее, а с увеличением температуры быстрее повышается скорость роста. Поэтому, чем больше степень деформации и чем меньше температура отжига, тем мельче зерно, формирующееся в процессе первичной рекристаллизации.

Зависимость размеров зерен в рекристаллизоваппом металле или сплаве от величины предварительной деформации и температуры отжига при определенном времени выдержки обычно изображается в виде диаграмм рекристаллизации (диаграмм Чохральского) (рис. 3.2). Вертикальные разрезы этих диаграмм представляют собой кривые зависимости размера рекристаллизованного зерна от температуры отжига (при постоянном времени выдержки) и от степени деформации (при постоянной температуре отжига). Кроме того, на диаграммах приводится кривая зависимости температуры начала рекристаллизации от степени деформации (пунктирная линия на рис. 3.2).

Рис. 3.2. Диаграмма рекристаллизации электролитически очищенного железа, отожженного в течение I ч (В. Г. Бюргере).

Особо следует обратить внимание на зависимость рекристаллизованного зерна от степени деформации. Как видно из рис. 3.3, существует некоторая критическая степень деформации (в интервале 1…15%), после которой в процессе отжига формируется очень крупное зерно (иногда достигающее нескольких сантиметров).

Рис. 3.3. Влияние степени деформации на размер зерна, полученного при последующем отжиге при двух температурах (е_К[> - критическая степень деформации) Критическая деформация соответствует состоянию, когда металл или сплав обладает плотностью дислокаций (величиной запасенной энергии) недостаточной для того, чтобы при последующем нагреве началась первичная рекристаллизация. Наблюдается лишь рост одних деформированных зерен за счет других, сильнее наклепанных зерен, т. е. движущей силой такого процесса является разность накопленной объемной энергии соседних зерен.

Повышение температуры отжига способствует формированию более крупного рекрисгаллизованного зерна, а также снижает величину критической деформации.

Диаграммы рекристаллизации позволяют выбрать режим отжига для получения желательной структуры лишь приближенно, так как не учитывается влияние других факторов (исходный размер зерна, содержание примесей, параметры отжига, условия пластической деформации и так далее).