Efectul incalzirii asupra structurii si proprietatilor materialelor metalice ecruisate

Recristalizarea materialelor metalice ecruisate

Starea ecruisata a materialelor metalice reprezinta o stare cu o energie interna mai mare decat cea a materialului nedeformat. Aceasta stare este nestabila deoarece materialul ecruisat are tendinta de a reveni intr-o stare energetica minima, anterioara deformarii plastice la rece. Prin incalzirea unui material ecruisat se poate provoca procesul de revenire la starea neecruisata: se inlatura distorsiunile de retea, tensiunile interne, rezistenta si duritatea se reduc, apar graunti noi, nedeformati si metalul isi recapata proprietatile plastice. Acest proces poarta numele de recristalizare. Forta motrice a transformarilor este constituita atat de caldura latenta de deformare cat si de energia termica furnizata sistemului prin incalzire.

La recristalizare se pastreaza forma data prin deformarea plastica, dar proprietatile structurale si mecanice se modifica restabilinduse echilibrul.

Recristalizarea prezinta trei etape si anume: restaurarea, recristalizarea propriu-zisa (germinarea) si cresterea grauntilor, (fig. 16).

● Restaurarea constituie prima etapa a procesului de recristalizare. In perioada restaurarii (care se produce la temperaturi relativ joase), au loc fenomene de difuzie a defectelor punctiforme spre dislocatii si limite, anihilarea reciproca a unor vacante si atomi interstitiali, rearanjarea unor dislocatii in pozitii de minim energetic prin poligonizare, compensarea unor dislocatii de semn opus etc.

Prin restaurare are loc o restabilire partiala a unor proprietati fizice (de exemplu conductibilitatea electrica) si are loc refacerea retelei cristaline, eliminandu-se distorsiunile si tensiunile de deformare elastica si plastica din benzile de alunecare. Proprietatile mecanice si microstructura raman astfel neschimbate dar tensiunile interne sunt mult diminuate.

● Recristalizarea (germinarea), se produce la temperaturi mai inalte decat restaurarea si se manifesta prin formarea de germeni de graunti noi pe baza carora se dezvolta graunti cu reteaua regulata si echiaxiala. Germenii de recristalizare se formeaza in locurile puternic deformate ale retelei cristaline pe baza fragmentelor de cristale vechi care concentreaza energie potentiala.

In aceasta etapa se formeaza o structura noua, fara tensiuni interne si se restabilesc in totalitate proprietatile fizice si mecanice la valorile initiale; duritatea si rezistenta scad si creste corespunzator plasticitatea. Fenomenul germinarii se produce la depasirea unei temperaturi critice de recristalizare sau prag de recristalizare si care se poate aprecia prin relatia analitica data de A. A. Bocivar:

t_recr. = (0,35 . 0,5) t_topire / K                             (1)

Temperatura critica prezinta valori diferite pentru fiecare metal sau aliaj.

Pentru definirea univoca a temperaturii de recristalizare t_recr, aceasta se considera conventional ca fiind temperatura minima la care materialul puternic deformat recris-talizeaza complet intr-o ora.

Temperatura critica de recristalizare precizeaza si notiunile de deformare la cald si deformare la rece in functie de temperatura la care are loc deformarea plastica: daca aceasta se produce la temperaturi peste t_recr deformarea se considera a fi efectuata 'la cald', deformarea sub t_recr considerandu-se a fi efectuata 'la rece'.

Temperatura de recristalizare depinde nu numai de natura materialului ci si de gradul de deformare plastica. Cu cat gradul de deformare este mai mare, cu atat energia de deformare inmagazinata in material va fi mai mare si cu atat necesarul de aport suplimentar de energie termica va fi mai redus, astfel ca recristalizarea va avea loc la temperaturi critice mult mai scazute.

Pentru ca procesul de recristalizare sa se poata produce, gradul de deformare trebuie sa aiba, o valoare extrema (minima) care in general variaza intre 0,2 . 2%.

Cresterea grauntilor este ultima etapa a procesului de recristalizare. Grauntii noi, formati prin recristalizarea propriu-zisa prezinta o instabilitate energetica prin dimensiunea lor relativ mica. Aceasta dimensiune se caracterizeaza printr-un numar mare de limite de graunti care prezinta o energie superficiala totala cu atat mai mare cu cat numarul de graunti in unitatea de volum este mare. Tendinta de scadere a energiei limitelor de graunti constituie forta motrice a continuarii procesului de recristalizare prin cresterea granulatiei.

Considerente de contact permanent intre grauntii metalici determina, ca o conditie de minim energetic a limitelor grauntilor, forma hexagonala (in planul sectiunii examinate).

Procesul de crestere este influentat deci de forma, marimea si orientarea grauntilor.

Un graunte mare este mai stabil (sub aspect energetic), decat unul mic deoarece raportul intre suprafata limitelor si volumul sau este mai redus. Se produce astfel un fenomen de coalescenta caracterizat prin cresterea grauntilor mari pe seama celor mici (grauntii mici sunt absorbiti). Anexarea se face cu atat mai usor cu cat diferentele de marime intre grauntii mari si cei mici sunt mai importante si cu cat orientarea celor doua cristale este mai apropiata.

Acest proces de crestere a dimensiunilor grauntilor este cu atat mai accelerat cu cat temperatura este mai inalta.

De asemenea, cu cat timpul de mentinere la o anumita, temperatura este mai lung, cu atat dimensiunea finala, a grauntilor va fi mai mare.

O influenta deosebita in determinarea marimii finale a grauntilor o poate prezenta gradul anterior de deformare plastica. La un grad de deformare redus, numarul locurilor puternic deformate si deci susceptibile de germinare este foarte mic, structura neuniforma favorizand o crestere puternica, anormala, de graunte. La un grad de deformare mai mare, numarul locurilor puternic deformate in retea este marit si aparitia a numerosi germeni de recristalizare determina o granulatie omogena, si cu atat mai fina cu cat deformarea a fost mai puternica