Omkristallisation av underkornsrotation

Inom metallurgi , materialvetenskap och strukturgeologi anses subkornrotationsrekristallisation som en viktig mekanism för dynamisk rekristallisation . Det involverar rotation av initialt lågvinklade subkorngränser tills missanpassningen mellan kristallgittren över gränsen är tillräcklig för att de ska betraktas som korngränser . Denna mekanism har erkänts i många mineraler (inklusive kvarts , kalcit , olivin , pyroxener , glimmer , fältspat , halit , granater och zirkoner ) och i metaller (olika magnesium- , aluminium- och nickellegeringar ) .

Strukturera

I metaller och mineraler är korn ordnade strukturer i olika kristallorientering. Subkorn definieras som korn som är orienterade i en < 10–15 graders vinkel vid korngränsen, vilket gör det till en lågvinklad korngräns (LAGB). På grund av förhållandet mellan energin kontra antalet dislokationer vid korngränsen finns det en drivkraft för att färre högvinklade korngränser (HAGB) ska bildas och växa istället för ett högre antal LAGB. Transformationens energi beror på gränsytenergin vid gränserna, gittergeometrin (atom- och planavstånd, struktur [dvs. FCC / BCC / HCP ] av materialet och frihetsgraderna för de inblandade kornen ( felorientering , lutning) Det omkristalliserade materialet har mindre total korngränsarea, vilket gör att brott via sprödbrott längs korngränsen är mindre troligt.

Mekanism

Subkornrotationsrekristallisation är en typ av kontinuerlig dynamisk omkristallisation . Kontinuerlig dynamisk omkristallisering involverar utvecklingen av korn med låg vinkel till korn med hög vinkel, vilket ökar deras grad av felorientering. En mekanism kan vara migration och agglomeration av dislokationer av liknande tecken i LAGB, följt av korngränsskjuvning. Omvandlingen sker när underkornsgränserna innehåller små fällningar, som klämmer fast dem. Eftersom underkornsgränserna absorberar dislokationer, omvandlas underkornen till korn genom rotation, istället för tillväxt. Denna process sker i allmänhet vid förhöjda temperaturer, vilket tillåter dislokationer att både glida och klättra; vid låga temperaturer är dislokationsrörelsen svårare och kornen mindre rörliga.

Däremot involverar diskontinuerlig dynamisk omkristallisation kärnbildning och tillväxt av nya korn, där på grund av ökad temperatur och/eller tryck, nya korn växer i höga vinklar jämfört med de omgivande kornen.

Mekaniska egenskaper

Kornhållfastheten följer i allmänhet Hall-Petch-relationen , som säger att materialstyrkan minskar med kvadratroten av kornstorleken. Ett högre antal mindre underkorn leder till en högre sträckgräns , och därför kan vissa material målmedvetet tillverkas för att ha många underkorn, och i detta fall bör omkristallisering av underkornsrotation undvikas.

Utfällningar kan också bildas i korngränserna. Det har observerats att fällningar i underkornsgränser växer i en mer långsträckt form parallellt med de intilliggande kornen, medan fällningar i HAGB är blockigare. Denna skillnad i bildförhållande kan ge olika förstärkningseffekter på materialet; långa plattliknande utfällningar i LAGB kan delaminera och orsaka spröda brott under stress. Omkristallisering av underkornsrotation minskar antalet LAGB, vilket minskar antalet plana, långa fällningar och minskar också antalet tillgängliga vägar för detta spröda misslyckande.

Experimentella tekniker

Olika korn och deras orienteringar kan observeras med hjälp av svepelektronmikroskop (SEM) tekniker såsom elektron backscatter diffraction (EBSD) eller polariserad optisk mikroskopi (POM). Prover är initialt kall- eller varmvalsade för att introducera en hög grad av dislokationstäthet, och deformeras sedan vid olika töjningshastigheter så att dynamisk omkristallisation uppstår. Deformationen kan vara i form av kompression, spänning eller vridning. Kornen förlängs i riktningen av pålagd spänning och felorienteringsvinkeln för underkornsgränser ökar.