Изменение свободной энергии при переходе атома через границу

На рисунке изображено изменение свободной энергии при переходе атома через границу между зернами.

Видно, что благодаря разности в свободной энергии ΔF, связанной с различием в плотности дислокаций по обе стороны от границы, переход атомов от рекристаллизованного к деформированному зерну требует преодоления большего потенциального барьера (Q + AF), чем обратный переход (Q).

Соответственно частота перехода атомов в направлении от деформированного к рекристаллизованному зерну должна быть больше, чем в обратном направлении, что и определяет «поедание» деформированного зерна рекристаллизованным.


Схема изменения свободной энергии

Схема изменения свободной энергии

Схема изменения свободной энергии при переходе атома через границу между деформированным (Д),и рекристаллизованным (Р) зернами.


Атомы растворенных примесей сегрегируют на границы и тормозят их миграцию. Одной из причин торможения является необходимость «тащить» за собой притянутые к границе примесные атомы.

Сильное торможение оказывают даже ничтожные количества примеси, так как ее атомы собираются на границе. При введении в зонноочищенный металл всего лишь 0,0001% примеси можно снизить скорость миграции границ на два порядка.


Зависимость размера рекристаллизованного

Зависимость размера рекристаллизованного

Зависимость размера рекристаллизованного зерна от времени отжига при разных температурах (схема): оа1 — инкубационный период при t1; t3 > t2 > t1.


Так как скорость миграции границ при данной температуре постоянна, то при изотермической выдержке размер зерна в период первичной рекристаллизации изменяется со временем по прямой. Чем выше температура, тем больше скорость миграции и тем больше наклон этой прямой.

Переход от прямолинейного участка к криволинейному на рисунке соответствует переходу от первичной рекристаллизации к собирательной. 

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг подразделяют на полный, неполный и текстурирующий. Полный рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто рекристаллизационным — одна из наиболее широко применяемых операций термообработки. Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую…

Оптимальный режим рекристаллизационного отжига

Оптимальный режим отжига можно выбрать по графикам температурной зависимости свойств (смотрите Влияние температуры отжига и Влияние температуры часового отжига). Так, для восстановления пластичности меди можно рекомендовать часовой отжиг при 500 — 700 °С (смотрите Влияние температуры часового отжига). Верхняя температурная граница отжига выбрана ниже температуры перегрева (~800 °С), а нижняя — с некоторым превышением tкp…

Выбор режимов дорекристаллизационного и рекристаллизационного отжига

Основные параметры отжига наклепанных металлов и сплавов — температура и продолжительность. Они определяют характер и полноту структурных изменений при отжиге, а также свойства металла и сплава после отжига. В отдельных случаях, которые будут рассмотрены ниже, важную роль играют также скорость нагрева до температуры отжига и скорость охлаждения с этой температуры. Режим отжига каждого металла и…

Текстурованная трансформаторная сталь

Важным примером промышленного материала, в котором текстура рекристаллизации полезна, может служить трансформаторная сталь. Стальной лист в сердечнике трансформатора непрерывно перемагничивается. Около 0,4% общего расхода электроэнергии теряется на нагревание сердечников трансформаторов. Высокий к. п. д. трансформаторов обеспечивается минимальными потерями на перемагничивание вдоль направления магнитопровода. Трансформаторная сталь содержит 2,8 — 3,5% Si и минимально возможное количество углерода….

Упрочнение при дорекристаллизационном отжиге

Давно было замечено, что при низкотемпературном отжиге некоторых металлов и сплавов до начала рекристаллизации значительно повышаются твердость, предел прочности и особенно пределы текучести и упругости. У каждого из таких материалов имеется своя оптимальная температура отжига, при которой упрочнение максимально. Максимальный прирост предела упругости (Δσ/σ ) после дорекристаллизационного получасового отжига при оптимальной температуре (tопт) (Э. Н….