تبلور مجدد: تفاوت میان نسخه‌ها

به عنوان فرآیندی که در آن دانه های یک ساختار کریستالی در ساختار جدید و یا شکل کریستالی جدید می آیند ، تعریف می شود . بیان کردن تعریف جامع تر تبلور مجدد دشوار است زیرا این فرآیند شدیدا به چند فرآیند دیگر مانند بازیابی و رشد دانه ها مربوط است . در برخی موارد تعیین اینکه کدام فرآیند شروع و کدام یک پایان میابد دشوار است . Doherty و همکارانش <ref>RD Doherty; DA Hughes; FJ Humphreys; JJ Jonas; D Juul Jenson; ME Kassner; WE King; TR McNelley; HJ McQueen; AD Rollett (1997). "Current Issues In Recrystallisation: A Review". Materials Science and Engineering. A238: 219–274</ref> در سال 1997 تبلور مجدد را اینگونه تعریف کردند: " تشکیل دانه ای جدید در ما ده تغییر شکل یافته ( ماتریس ) بوسیله تشکیل و حرکت مرز دانه با زاویه زیاد توسط انرژی ذخیره شده بر اثر تغییر شکل ( مرز دانه با زاویه زیاد به مرز دانه هایی با زاویه بزرگتر از 15-10 درجه اطلاق می شود) ."

 

 

تبلور مجدد ممکن است حین و یا بعد از عملیات تغییر شکل رخ دهد . تبلور مجددی که حین عملیات تغییر شکل رخ می دهد تبلور مجدد دینامیکی نام دارد که در آن دو عامل دما و کرنش دخیل می باشند . همچنین تبلور مجددی که پس از عملیات تغییر شکل و طی فرآیندی مانند خنک شدن و یا عملیات حرارتی ثانویه ایجاد می شود را تبلور مجدد استاتیکی می نامند که فقط دما در آن دخیل است . علاوه بر این تبلور مجدد می تواند به صورت غیر پیوسته که در آن دانه های متمایز جدید تشکیل می شوند و رشد می یابند و یا به صورت پیوسته که در آن میکرو ساختار رفته رفته به میکرو ساختاری تبلور مجدد یافته تکامل می یابد ، انجام شود . تحقیقات اخیر نشان داده است که مرز بین پدیده های مختلف آنیل کردن اغلب نامشخص است و مشخص شده است که بازیابی ، تبلور مجدد و رشد دانه ها ممکن است به دو طریق اتفاق بیفتد . ممکن است آنها به صورت نا همگن در سرتاسر ماده اتفاق بیفتند که شامل دو مرحله قابل تشخیص جوانه زنی و رشد می باشد . این حالت بیانگر فرآیندی پیوسته است . همچنین آنها ممکن است به صورت یکنواخت اتفاق بیفتند ، به طوری که میکروساختار رفته رفته و بدون مراحل قابل شناسایی جوانه زنی و رشد ، نمو پیدا کند . این حالت نیز فرآیند پیوسته نامیده می شود[1] . مکانیزم های مختلفی که در آنها تبلور مجدد و بازیابی اتفاق می افتد ، پیچیده اند و در بسیاری از موارد هنوز مورد بحث باقی مانده اند . توضیحاتی که در ادامه آورده شده است مربوط به تبلور مجدد پیوسته استاتیکی است .

در نتیجه نظریه جایگزین که توسط cahn در سال 1949 مطرح شد اکنون در جهان مورد پذیرش واقع شده است . دانه های تبلور مجدد یافته به صورت کلاسیک جوانه زنی نمیکنند ، بلکه از زیر دانه ها و سلول های موجود رشد می کنند . "زمان نهفتگی" قسمتی بعد از بازیابی است که در آن زیر دانه ها با زاویه ی مرز کم ( کمتر از 2-1 درجه ) شروع به انباشتن و متراکم کردن نابجایی ها و تغییر جهت کریستالی پیوسته ی بیشتر نسبت به همسایگان خود می کنند . افزایش در اختلاف جهت کریستالی تحرک مرز دانه و همچنین نرخ رشد زیر دانه را افزایش می دهد . اگر یک زیر دانه در ناحیه محلی خود یک برتری ( مانند چگالی نابجایی زیاد ، اندازه بزرگتر و یا جهت کریستالی مطلوب ) نسبت به همسایگان خود داشته باشد ، این زیردانه قادر به رشد سریع تر نسبت به رقبای خود خواهد بود .هنگامی که این زیردانه رشد می کند ، مرز هایش نیز با توجه به مواد اطرافش دارای اختلاف جهت بیشتر می شود تا زمانی که بتواند به صورت یک دانه ی کاملا عاری از کرنش در بیاید .

 

== سینتیک تبلور مجدد ==

سینتیک تبلور مجدد عموما به صورت نمودار نمایش داده شده در ادامه می باشد .

 

یک زمان اولیه برای دوره جوانه زنی( t0 )وجود دارد که در آن جوانه تشکیل میشود و پس از آن با یک نرخ ثابت شروع به رشد در ماتریس تغییر شکل یافته میکند .ا گرچه این فرایند دقیقا از نظریه جوانه زنی کلاسیک پیروی نمیکند اما اغلب مشخص شده است که این روابط ریاضی حداقل تخمین نزدیکی با جوانه زنی کلاسیک فراهم میکند . برای مجموعه ای از دانه های به شکل کروی ، شعاع متوسط در زمان t برابر است با<ref> FJ Humphreys; M Hatherly (2004). Recrystallisation and related annealing phenomena. Elsevier.</ref> :

 

تبلور مجدد به وسیله ی رسوبات ریزی که پراکنده شده اند و فاصله آنها از هم کم میباشد ، یا متوقف میشود و یا سرعت آن به طور قابل ملاحظه ای کاهش میابد که این عمل به دلیل فشار ناشی از سنجاق شدن مرز های دانه های با زاویه کم و زیاد است . این فشار مستقیما با نیروی محرک ناشی از چگالی نابجایی ها مخالفت میکند و تاثیر آن بر سینتیک جوانه زنی و رشد جوانه می باشد . این تاثیر می تواند با توجه به تراز پراکندگی رسوبات <math> F_v/r </math> توجیه شود که در آن Fv کسر حجمی فاز ثانویه و r شعاع آن میباشد . در نسبت <math> F_v/r </math> پایین ، اندازه دانه به وسیله تعداد جوانه ها تعیین میشود و به همین ترتیب ممکن است که در ابتدا این اندازه خیلی کوچک باشد . اگر چه دانه ها از نظر رشد دانه ناپایدارند اما در حین عملیات آنیل آنقدر رشد میکنند تا رسوبات ، فشار کافی سنجاق کردن را برای متوقف کردن دانه ها از خود نشان دهند . در نسبت های مناسب <math> F_v/r </math> ، اندازه دانه بازهم توسط تعداد جوانه ها مشخص میشود ، اما در اینجا دانه ها از نظر رشد معمولی پایدارند (در حالی که احتمال رشد غیر طبیعی هنوز وجود دارد) و در نسبت <math> F_v/r </math> بالا ، ساختار تغییر شکل یافته که دچار تبلور مجدد نشده است ، پایدار میباشد و جلوی انجام تبلور مجدد گرفته شده است .

=== رسوبات بزرگ ===

نواحی تغییر شکل در اطراف رسوبات بزرگ غیر قابل تغییر شکل(بالای 1 میکرومتر) ، به وسیله ی چگالی نابجایی بالا و گرادیان جهت گیری کریستالی بزرگ مشخص شده اند و مکان های ایده آل برای گسترش جوانه های تبلور مجدد میباشند . این پدیده جوانه زنی متاثر از رسوب (PSN) نامیده میشود که یکی از معدود راه های کنترل فرایند تبلور مجدد به وسیله ی کنترل توزیع رسوبات است.

اندازه ی ناحیه و اختلاف جهت مرز دانه ها در ناحیه تغییر شکل یافته به اندازه رسوبات وابسته است . بنابراین یک مقدار کمینه برای اندازه رسوبات به منظور جوانه زنی اولیه وجود دارد . افزایش میزان تغییر شکل، کمینه ی اندازه ی رسوبات را کاهش خواهد داد . اگر بازده ای PSN برابر 1 باشد ( یعنی هر رسوب یک جوانه را تحریک کند ) آنگاه اندازه دانه نهایی به آسانی توسط تعداد رسوبات تعیین میشود . اگر چندین جوانه در هر رسوب تشکیل شود این بازده بزرگتر از 1 است ، اما این موضوع یک امر غیر معمول میباشد . این بازده میتواند کمتر از 1 هم باشد اگر رسوبات نزدیک به اندازه بحرانی باشند . در این حالت بخش بزرگی از رسوبات کوچک به جای شروع به تبلور مجدد، جلوی انجام آن را میگیرند .

 

پیشبینی رفتار تبلور مجدد موادی که توزیع گسترده ای از اندازه رسوبات را شامل میشوند دشوار است . رسوبات آلیاژ های مرکب از نظر حرارتی ناپایدار اند و ممکن است رشد کنند و یا در اثر زمان حل شوند . این حالت در آلیاژ های دو جزئی که فقط دو جزء مجزا دارند ساده تر میشود . یک مثال آلیاژ Al-Si است که در آن نشان داده شده است که حتی در حضور رسوبات بزرگ ، رفتار تبلور مجدد توسط رسوبات کوچک تعیین میشود<ref>HM Chan; FJ Humphreys (1984). "The recrystallisation of aluminium-silicon alloys containing a bimodal particle distribution". Acta Metallurgica. 32 (2): 235–243. doi:10.1016/0001-6160(84)90052-X</ref>. در چنین مواردی میکروساختار نهایی تمایل دارد شبیه آلیاژی شامل تنها رسوبات کوچک شود .