Формирование центров первичной рекристаллизации

Следующая стадия изменений структуры деформированных металлов и сплавов после предрекристаллизационной полигонизации является формирование центров (зародышей) первичной рекристаллизации. Которые представляют собой структурно выявляемые минимальные объемы рекристаллизованного металла по появлению которых в структуре фиксируется началорекристаллизационных процессов.

Однако начальные этапы первичной рекристаллизации происходят значительно ранее, чем это следует из экспериментов, основанных на определении количества металла, свободного от дислокаций. Последнее связано с инкубационным периодом зародышеобразования.

Чтобы стали возможными массовое перераспределение дислокаций в скоплениях и миграция их скольжением, необходимо нарушить упругое равновесие дислокационных сеток, что может осуществляться поперечным скольжением и (или) переползанием. Оба эти процесса являются термически активируемыми и составляют сущность инкубационного периода.

Обычное понятие о критическом зародыше для случая рекристаллизации – непригодно.

Зародыш, играющий роль «критического» при рекристаллизации , отличается от других областей деформированного кристалла относительно высоким структурным совершенством и наличием границ или локальных участков границы с большеугловыми углами разориентировки (более чем в 15…20°), способных мигрировать хотя бы в одном направлении в деформированную матрицу со значительно большей скоростью, чем границы или их участки с меньшими углами разориентировки(конкретной иллюстрацией такого зародышеобразования является весьма распространенный случай первичной рекристаллизации миграцией локальных участков границ зерен, вызванной градиентом наклепа (straininducedmigration), что будет рассмотрено в следующей лекции, ниже).

Например, чем больше энергия дефектов упаковки, тем меньше ширина расщепленных дислокаций и тем легче осуществляется локальное сплющивание расщепленной винтовой дислокации, делающее возможным ее поперечное скольжение и превращение размытых стенок ячеек в субграницы, а самих ячеек в субзерна. Снижение температуры деформации вызывает значительное упрочнение и снижение температуры начала рекристаллизации.

Если избыток дислокаций одного знака невелик, то при сплющивании дислокационных сеток образуются лишь малоугловые дислокационные границы. Чтобы образовалась высокоугловая граница, что и означает начало рекристаллизации, необходим дальнейший рост зародышей первичной рекристаллизации.

При небольших степенях деформации этот этап может вообще не наступить. Субзерно может вырасти до больших размеров (нескольких микрон) так и оставаясь окруженным малоугловыми границами (собирательная полигонизация).

При относительно низких температурах нагрева после малых степеней деформации идет процесс поперечного скольжения части дислокаций. Это вызывает небольшое нарушение упругого равновесия дислокационных скоплений. Однако абсолютная плотность дислокаций и величина напряжений невелики, и поэтому не происходит массового перераспределения дислокаций с участием поперечного скольжения и переползания. Эти процессы могут начаться только при более высоких температурах.

Начальная стадия рекристаллизации (зародышеобразование) связана с коллективным, в том числе со сдвиговым атомными перемещениями. Диффузия одиночных атомов (вакансий) играет вспомогательную роль и создает необходимые условия для массового перераспределения дислокаций. Также следует отметить, что в силу микролокальной неоднородности деформации в реальных условиях производств, следует ожидать неоднородности также в характере и условиях формирования центров первичной рекристаллизации в различных микрообъемах.

Так, например, для холоднокатаной поликристаллической трансформаторной стали это области вблизи границ исходных зерен, переходные полосы и области вблизи неметаллических включений. В объеме полос деформации и двойников, зародыши формируются лишь у их границ (как правило с внешней для этих областей сторон). В работе показано, что способны к быстрому росту только те зародыши в переходных полосах, границы которых обладают разориентировкой относительно окружающей матрицы более чем в 15…20°.

Для того чтобы субзерно внутри переходной полосы превратилось в центр первичной рекристаллизации, т.е. чтобы его границы стали разориентированными относительно матрицы более чем на 15…20°, этому субзерну достаточно укрупниться до размера в 1 мкм, т.е. стать равным размеру нескольким (5 – 8) субзеренам. Это же справедливо и в отношении приграничных областей, примыкающих к большеугловым границам исходных зерен и к границам между матрицей с частицами других фаз (межфазных границ).

В отличие от этого в полосах деформации вследствие особенностей разориентировки рост субзерен не приводит к существенному увеличению углов разориентировки и потому ограничивается стадией собирательной полигонизации протекающей за счет коалесценции субзерен из-за рассыпания субграниц с аннигиляцией дислокаций противоположных знаков.