Återhämtning (metallurgi)
Återhämtning är en process genom vilken deformerade korn kan minska sin lagrade energi genom att avlägsna eller omarrangera defekter i deras kristallstruktur. Dessa defekter, främst dislokationer , introduceras genom plastisk deformation av materialet och verkar för att öka sträckgränsen för ett material. Eftersom återhämtning minskar dislokationsdensiteten åtföljs processen normalt av en minskning av ett materialstyrka och en samtidig ökning av duktiliteten. Som ett resultat av detta kan återvinning anses vara fördelaktigt eller skadligt beroende på omständigheterna. Återhämtning är relaterad till liknande process av omkristallisation och korntillväxt , var och en av dem är stadier av glödgning . Återvinning konkurrerar med omkristallisation, eftersom båda drivs av den lagrade energin, men anses också vara en nödvändig förutsättning för kärnbildning av omkristalliserade korn. Det kallas så eftersom det sker en återhämtning av den elektriska ledningsförmågan på grund av en minskning av dislokationer. Detta skapar defektfria kanaler, vilket ger elektroner en ökad medelfri väg.
Definition
De fysikaliska processer som faller under beteckningarna återvinning, omkristallisation och korntillväxt är ofta svåra att särskilja på ett exakt sätt. Doherty et al. (1998) sa:
"Författarna har kommit överens om att ... återhämtning kan definieras som alla glödgningsprocesser som sker i deformerade material som sker utan migrering av en högvinklad korngräns"
Således kan processen skiljas från omkristallisation och korntillväxt eftersom båda har omfattande rörelser av högvinklade korngränser.
Om återhämtning sker under deformation (en situation som är vanlig vid högtemperaturbearbetning) så kallas det "dynamisk" medan återhämtning som sker efter bearbetning kallas "statisk". Den huvudsakliga skillnaden är att under dynamisk återhämtning fortsätter lagrad energi att införas även när den minskas av återhämtningsprocessen - vilket resulterar i en form av dynamisk jämvikt .
Bearbeta
Deformerad struktur
En kraftigt deformerad metall innehåller ett stort antal dislokationer som till övervägande del fångas upp i "trassel" eller "skogar". Dislokationsrörelse är relativt svårt i en metall med låg staplingsfelenergi och därför är dislokationsfördelningen efter deformation i stort sett slumpmässig. Däremot tenderar metaller med måttlig till hög staplingsförkastningsenergi, t.ex. aluminium, att bilda en cellulär struktur där cellväggarna består av grova trassel av dislokationer. Cellernas inre har en motsvarande reducerad dislokationstäthet.
Förintelse
Varje dislokation är associerad med ett töjningsfält som bidrar med en liten men ändlig mängd till den lagrade energin i materialet. När temperaturen höjs - vanligtvis under en tredjedel av den absoluta smältpunkten - blir dislokationer rörliga och kan glida , tvärglida och klättra . Om två dislokationer med motsatt tecken möts så eliminerar de effektivt och deras bidrag till den lagrade energin tas bort. När förintelsen är fullbordad kommer bara överskottsförskjutning av ett slag att finnas kvar.
Omarrangemang
Efter förintelse kan eventuella återstående dislokationer anpassa sig till ordnade arrayer där deras individuella bidrag till den lagrade energin reduceras genom överlappning av deras spänningsfält. Det enklaste fallet är det med en rad kantförskjutningar av identiska Burgers vektor. Detta idealiserade hölje kan produceras genom att böja en enda kristall som kommer att deformeras på ett enda glidsystem (det ursprungliga experimentet utfört av Cahn 1949). Kantdislokationerna kommer att omordna sig till lutningsgränser, ett enkelt exempel på en korngräns med låg vinkel . Korngränsteorin förutspår att en ökning i gränsfelorientering kommer att öka gränsens energi men minska energin per dislokation. Det finns alltså en drivkraft för att producera färre, mer mycket felorienterade gränser. Situationen i mycket deformerade, polykristallina material är naturligtvis mer komplex. Många dislokationer av olika Burgers vektorer kan interagera för att bilda komplexa 2D-nätverk.
Utveckling av underbyggnad
Som nämnts ovan är den deformerade strukturen ofta en 3-D cellulär struktur med väggar bestående av dislokationstrassel. När återhämtningen fortskrider kommer dessa cellväggar att genomgå en övergång mot en äkta subkornstruktur. Detta sker genom en gradvis eliminering av främmande dislokationer och omarrangering av de återstående dislokationerna till lågvinkla korngränser.
Underkornsbildning följs av underkornsförgrovning där medelstorleken ökar medan antalet underkorn minskar. Detta minskar den totala ytan av korngränsen och därmed den lagrade energin i materialet. Subgrain coarsen delar många egenskaper med korntillväxt.
Om understrukturen kan approximeras till en grupp av sfäriska subkorn med radie R och gränsenergi γ s ; den lagrade energin är enhetlig; och kraften på gränsen är jämnt fördelad, drivtrycket P ges av:
Eftersom γ s är beroende av gränsens felorientering av de omgivande subkornen, förblir drivtrycket i allmänhet inte konstant under förgrovningen.
- RD Doherty; DA Hughes; FJ Humphreys; JJ Jonas; D Juul Jenson; ME Kassner; VI Kung; TR McNelley; HJ McQueen; AD Rolett (1997). "Aktuella problem i omkristallisering: En recension". Materialvetenskap och teknik . A238 : 219-274.