تبلور مجدد: تفاوت میان نسخهها
محتوای حذفشده محتوای افزودهشده
←قوانین تبلور مجدد: اشتباهات اصلاح شد برچسبها: ویرایش همراه ویرایش از برنامهٔ همراه ویرایش با برنامهٔ اندروید |
جزبدون خلاصۀ ویرایش |
||
خط ۱:
[[پرونده:مراحل تبلور مجدد.png|بندانگشتی|522x522پیکسل|
در [[متالورژی]] انجام کار سرد باعث افزایش استحکام و سختی و کاهش [[انعطافپذیری]] یا [[شکل پذیری]] میشود. این پدیده در اثر ادامه انجام کار سرد افزایش یافته و در نتیجه انرژی داخلی افزایش مییابد. این کار باعث می¬شود که ماده از نظر [[ترمودینامیک|ترمودینامیکی]] ناپایدار باشد. حرارت دادن به چنین مادهای میتواند [[ناکاملی بلوری|معایب بلوری]] را از بین برده و ریزساختار و [[خواص فیزیکی مواد|خواص فیزیکی]] و مکانیکی اولیه را بازسازی کند. این پدیده تحت عنوان «بازیابی» و «تبلور مجدد» بررسی میشود.<ref>عملیات حرارتی فولادها، گلعذار، ویرایش دوم، انتشارات دانشگاه اصفهان</ref> '''تبلور مجدد''' یا '''بازبلورش''' یا '''بلورش مجدد''' فرایندی است که در آن دانههای تغییر شکل یافته با گروهی جدید از دانههای بی نقص جایگزین میشوند که شامل دو مرحله
== تعریف ==
[[پرونده:RecrystallisationOfAluminium.jpg|بندانگشتی|250px|چپ|
به عنوان فرایندی که در آن دانههای یک ساختار کریستالی در ساختار جدید یا [[بلور|شکل کریستالی]] جدید می آیند، تعریف میشود . بیان کردن تعریف جامع تر تبلور مجدد دشوار است زیرا این فرایند شدیداً به چند فرایند دیگر مانند بازیابی و رشد دانهها مربوط است . در برخی موارد تعیین اینکه کدام فرایند شروع و کدام یک پایان میابد دشوار است .
بنابراین این فرایند میتواند از فرایند بازیابی (که در آن مرزهای با زاویه زیاد حرکت نمیکنند ) و رشد دانه (که در آن نیروی محرکه تنها به دلیل کاهش ناحیه مرز دانه میباشد ) متفاوت شود .
تبلور مجدد ممکن است حین یا بعد از عملیات تغییر شکل رخ دهد . تبلور مجددی که حین عملیات [[تغییر شکل (مهندسی)|تغییر شکل]] رخ میدهد تبلور مجدد دینامیکی نام دارد که در آن دو عامل [[دما]] و [[کرنش]] دخیل میباشند . همچنین تبلور مجددی که پس از عملیات تغییر شکل و طی فرایندی مانند خنک شدن یا عملیات حرارتی ثانویه ایجاد میشود را تبلور مجدد استاتیکی می نامند که فقط دما در آن دخیل است . علاوه بر این تبلور مجدد میتواند به صورت غیر پیوسته که در آن دانههای متمایز جدید تشکیل میشوند و رشد می یابند 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 پدیدههای مختلف آنیل کردن اغلب نامشخص است و مشخص شدهاست که بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانهها ممکن است به دو طریق اتفاق بیفتد . ممکن است آنها به صورت
== قوانین تبلور مجدد ==
تعدادی قوانین عمدتاً تجربی برای فرایند تبلور مجدد موجود میباشد .
# بر اثر حرارت فعال میشوند : سرعت مکانیزم میکروسکوپی کنترلکننده
# دمای بحرانی : پیرو قانون قبلی مشخص میشود که انجام فرایند تبلور مجدد نیازمند یک حداقل دما برای مکانیزمهای اتمی میباشد .
# تغییر شکل بحرانی : مقدار کار از قبل اعمال شده بر روی ماده باید برابر مقدار انرژی لازم برای
# اثر تغییر شکل بر دمای بحرانی : افزایش میزان تغییر شکل انجام شده قبلی بر ماده یا کاهش دمای تغییر شکل آن، انرژی ذخیره شده و تعداد جوانهها ی بالقوه را افزایش میدهد . در نتیجه دمای فرایند تبلور مجدد با افزایش مقدار کار از قبل اعمال شده به ماده کاهش می یابد .
# تأثیر اندازه دانههای اولیه بر دمای بحرانی : مرز دانهها مکان مناسبی برای تشکیل جوانه است . از آنجاییکه افزایش اندازه دانه باعث کاهش میزان مرز دانه میشود، پس همچنین باعث کاهش نرخ
# تأثیر تغییر شکل بر اندازهٔ دانه نهایی : افزایش میزان تغییر شکل انجام شده قبلی یا کاهش دمای آن باعث افزایش نرخ
== نیروی محرک ==
خط ۳۰:
[[پرونده:Ricristallizzazione e accrescimento.svg|بندانگشتی|500px|چپ|Recrystallization of a metallic material (a → b) and crystal grains growth (b → c → d).]]
در گذشته فرض میشد که نرخ [[هستهزایی (شیمی)|هستهزایی]] دانههای تبلور مجدد با مدل نوسانات حرارتی که بهطور موفق برای فرایندهای انجماد و رسوبسازی استفاده میشد، مشخص میشود . در این نظریه فرض بر این است که به عنوان یک نتیجهٔ حرکت طبیعی اتمها ( که با دما افزایش می یابد )، جوانههای کوچک بهطور خود به خود در ماتریس به وجود می آیند . تشکیل این جوانهها با یک انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک میانجی ( مرز ) جدید و یک انرژی آزاد شده در اثر تشکیل حجم جدیدی از ماده با انرژی پایینتر همراه است .اگر شعاع جوانه از شعاع بحرانی بزرگتر میبود، از نظر ترمودینامیکی پایدار محسوب میشد و میتوانست شروع به رشد کند . مشکل اساسی این نظریه این است که انرژی ذخیره شده به سبب نابجاییها خیلی کم است (J/m3 0.1-1 ) در حالیکه انرژی مرز دانه کاملاً بالاست (J/m2 0.5) . محاسبات بر اساس این مقادیر مشخص ساخت که نرخ
در نتیجه نظریه جایگزین که توسط cahn در سال 1949 مطرح شد اکنون در جهان مورد پذیرش واقع شدهاست . دانههای تبلور مجدد یافته به صورت کلاسیک
شکل 2 a تا b تبلور مجدد و b تا d رشد دانههای حاصل از تبلور مجدد را نشان میدهد .
خط ۳۸:
سینتیک تبلور مجدد عموماً به صورت نمودار نمایش داده شده در ادامه میباشد .
[[پرونده:کسر تبلور مجدد یافته با زمان.png|بندانگشتی|296x296پیکسل|میزان کسر تبلور مجدد یافته با زمان]]
در ابتدا یک زمان نهفتگی برای آغاز فرایند وجود دارد و پس از آن
یک زمان اولیه برای دوره
: <math> R = G \left (t-t_0 \right ) \,\! </math>
:
که در آن t0 زمان
: <math> f = \frac{4}{3} \pi\ \dot NG^3 \int_{0}^{t} (t-t_0)^3\, dt = \frac{ \pi\ }{3}\dot NG^3t^4 \,\! </math>
خط ۵۳:
:
در حالی که این معادله تعریف بهتری از فرایند را بیان میکند اما هنوز فرض بر این است که دانهها به شکل کروی میباشند، نرخ
عموماً اینگونه تصدیق شدهاست که هر مدل مفیدی باید نه تنها برای شرایط اولیهٔ ماده جواب دهد، بلکه همواره برای روابط در حال تغییر بین رشد دانهها، ماتریس تغییر شکل یافته و هر فاز ثانویه یا فاکتورهای
==
دمای فرایند آنیل تأثیر چشمگیری بر سرعت تبلور مجدد که در معادله بالا آورده شد دارد . اگرچه در یک درجه حرارت معین، چندین فاکتور دیگر نیز در سرعت تأثیرگذار خواهند بود.
سرعت تبلور مجدد به شدت تحت تأثیر میزان تغییر شکل و به میزان کمتری تحت تأثیر شیوه اعمال تغییر شکل است . موادی که در آنها تغییر شکل بیشتری اتفاق افتاده است بسیار سریعتر از موادی که به میزان کمتری تغییر شکل یافتهاند، تبلور مجدد میابند . در واقع یک میزان تغییر شکل حداقل نیاز است تا تبلور مجدد اتفاق بی افتد و با میزان تغییر شکل کمتر از این مقدار، تبلور مجددی اتفاق نمیافتد . تغییر شکل در دمای بالاتر ممکن است باعث بازیابی شود که موافق با تبلور مجدد میباشد و در چنین مواردی تبلور مجدد با سرعت آهسته تر نسبت به مواد تغییر شکل یافته در دمای محیط انجام میشود (بهطور مثال نورد سرد و گرم) در موارد خاص ممکن است تغییر شکل به صورت غیر معمولی همگن یا فقط در صفحات خاص کریستالوگرافی اتفاق بی افتد.
جهت دانه و این موضوع که در حین تغییر شکل این جهت چگونه تغییر میکند بر مقدار انرژی انباشتگی و در نتیجه بر سرعت تبلور مجدد تأثیر میگذارد . تحرک مرز دانه تحت تأثیر جهت آن است و بنابراین برخی از بافتهای کریستالوگرافی نسبت به دیگری دارای سرعت رشد بیشتر هستند . اتمهای حل شده چه نا خالصیها و چه اتمهایی که به صورت عمدی اضافه شدهاند تأثیر عمیقی بر سینتیک تبلور مجدد دارند . حتی یک غلظت جزئی ممکن است تأثیر مهمی داشته باشد، بهطور مثال 0.004% آهن دمای تبلور مجدد را حدود 100 درجه بالا میبرد<ref name="FJ Humphreys 2004"/> در حال حاضر مشخص نیست که این اثر اصولاً باعث کاهش
== تأثیر فاز ثانویه ==
خط ۶۷:
=== رسوبات ریز ===
تبلور مجدد به وسیلهٔ رسوبات ریزی که پراکنده شدهاند و فاصله آنها از هم کم میباشد، یا متوقف میشود یا سرعت آن بهطور قابل ملاحظهای کاهش میابد که این عمل به دلیل فشار ناشی از سنجاق شدن مرزهای دانههای با زاویه کم و زیاد است . این فشار مستقیماً با نیروی محرک ناشی از چگالی نابجاییها مخالفت میکند و تأثیر آن بر سینتیک
=== رسوبات بزرگ ===
[[پرونده:تاثیر اندازه و کسر حجمی رسوبات بر اندازه دانه تبلور مجدد یافته (چپ) و دانه متشکل از PSN (راست).png|بندانگشتی|441x441پیکسل|تاثیر اندازه و کسر حجمی رسوبات بر اندازه دانه تبلور مجدد یافته (چپ) و دانه متشکل از PSN (راست)]]
نواحی تغییر شکل در اطراف رسوبات بزرگ غیرقابل تغییر شکل(بالای 1 میکرومتر)، به وسیلهٔ چگالی نابجایی بالا و گرادیان جهتگیری کریستالی بزرگ مشخص شدهاند و مکانهای ایدئال برای گسترش جوانههای تبلور مجدد میباشند . این پدیده
اندازهٔ ناحیه و اختلاف جهت مرز دانهها در ناحیه تغییر شکل یافته به اندازه رسوبات وابسته است . بنابراین یک مقدار کمینه برای اندازه رسوبات به منظور
پیشبینی رفتار تبلور مجدد موادی که توزیع گستردهای از اندازه رسوبات را شامل میشوند دشوار است . رسوبات آلیاژهای مرکب از نظر حرارتی ناپایدار اند و ممکن است رشد کنند یا در اثر زمان حل شوند . این حالت در آلیاژهای دو جزئی که فقط دو جزء مجزا دارند سادهتر میشود . یک مثال آلیاژ Al-Si است که در آن نشان داده شدهاست 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 .
|