Полигонизация

Дальнейшее повышение температуры приводит к следующей стадии рекристаллизационных процессов в деформированном металле.

Процессы полигонизации при нагреве после деформации легким и множественным скольжением обозначают разными терминами, так как в основе этих процессов лежат различные механизмы, соответственно, стабилизирующая полигонизация и собирательная полигонизация (в зарубежной литературе ее часто называют рекристаллизацией «insiti», что не совсем корректно по мнению ряда авторов).

Стабилизирующая полигонизация совершается при нагреве после деформации легким скольжением за счет диффузионногопереползания(т. е перехода краевых дислокаций одного знака в соседние или соседние параллельные плоскости) с образованием новыхмалоугловых и термически малоподвижных дислокационных границ, разбивающих кристалл на слегка разориентированные блоки, границы которых ориентированы перпендикулярно плоскостям, в которых прошла деформация.

Дислокационные малоугловыеграницы, в этом случае, обладают слабыми упругими полями (т. к. область упругих напряжений одного знака одной дислокации соседствует с областью с напряжением противоположного знака, созданной ближайшей дислокацией и это уравновешивание напряжений наблюдается вдоль всей границы) и практически не притягивают к себе атомы примесей и собственные точечные дефекты.

А также такие границы проявляют высокую устойчивость против миграции и, как следствие, устойчивость против роста одних блоков за счет других, т.е. обеспечивают стабильность структуры, сформировавшейся при полигонизации.

В этом случае при деформации, путем простого скольжения и диффузионного переползания краевых и винтовых дислокаций, формируется «ячеистая структура» и объемные дислокационные сплетения («стенки ячеек») толщиной в доли мкм. Рис. 5.2. Движущей силой процесса также является взаимодействие упругих полей дислокаций. Эти «стенки» окружают области («ячейки»), внутри которых в ряде случаев, особенно при наличии дисперсных фаз, содержится некоторая доля одиночных дислокаций и дислокационных сеток. При этом стенки имеют дальнодействующие упругие поля, а характер структурных изменений идущих при нагреве иной чем в стабилизирующей полигонизации.

Так при нагреве (за счет диффузионных процессов и под влиянием упругих напряжений превышающих предел текучести) трехмерные стенки сплющиваются и превращаются в плоские малоугловыесубграницы, а ячейки – в зерна. Одновременно часть дислокаций из объема ячеек, также под влиянием упругих сил, вовлекается в образование субграницы.

Причем последние окунтурены уже в деформированном состоянии, а сами субзерна резко отличаются по размерам, кривизне границ и углам в тройных стыках. Кроме всего прочего, сплющивание трехмерных сеток сопровождается образованием большого количества вакансий и комплексов точечных дефектов.

Особенностью собирательной полигонизации является возможность проявления различного характера разориентировок субзерен в разных макрообъемах изделий, вызванного различным характером дислокационной структуры и разориентировок в макрообъемах в деформированном состоянии.

Например, при обжатиях около 70 % в металлах с г.ц.к. и о.ц.к. решеткой в сечении, проходящем через направление прокатки и нормаль к плоскости прокатки, можно выявить систему параллельных полос, расположенных под углом 30…40° к направлению прокатки. Их называют полосами сдвига. В плоскости прокатки они перпендикулярны направлению прокатки.

Часто можно наблюдать две системы полос сдвига, расположенных в виде «елочки» или взаимно пересекающихся. Полосы сдвига в отличие от переходных полос могут пересекать границы зерен, а при очень больших обжатиях они проходят через всю толщину листа.

Полосы сдвига названы так потому, что они являются участками сильной локализации сдвиговой деформации. При обжатиях более 90 % почти вся пластическая деформация сосредоточена в этих полосах. Полосы сдвига имеют ширину порядка 1 мкм и состоят из микрополос, разделенных малоугловыми границами.

На рис. 5.3 схематично изображены рассмотренные выше характерные особенности структуры сильно деформированного металла, обладающего средней или высокой энергией дефектов упаковки. Внутри деформационных полос показана ячеистая структура, а внутри переходных полос и полос сдвига изображены микрополосы.

В силу различия в размере происходит рост более крупных субзерен за счет мелких, а среднее значение угла разориентировки между субзернами не возрастает, субграницы остаются малоугловыми. Поэтому данный процесс обоснованно называют собирательной полигонизацией вместо рекристаллизацией «insiti» (т. к. рекристаллизация характеризуется высокоугловыми границами).

В переходных полосах рост субзерен сопровождается увеличением угла разориентировки. После прохождения нескольких субзерен (5 – 8) субграницы превращаются в высокоугловые, а выросшее субзерно – в зародыш рекристаллизации. Поэтому полигонизацию, аналогичную идущей в переходных полосах, назваютпредрекристаллизационной.

Процесс связан с перераспределением дислокаций и их частичной аннигиляцией в стенках ячеек и превращением ячеек в субзерна, а стенок в плоские субграницы с относительно большими углами разориентировки, большой кривизной и энергией и потому весьма подвижных.

В процессе миграции границ угол их разориентировки относительно соседей резко возрастает до превращения границ в большеугловые, а соответствующих субзерен в центры рекристаллизации. Этот процесс относят к начальной стадии рекристаллизации.