Rückgewinnung Rekristallisation und Kornwachstum – Arbeitsprozess

Rückgewinnung von Rekristallisation und Kornwachstum sind mikrostrukturelle Veränderungen, die beim Glühen nach plastischer Kaltverformung und/oder beim Warmumformen von Metallen auftreten.

Erholungsrekristallisation und Kornwachstum

Die plastische Verformung, die das Kristallgitter verzerrt und die Blöcke ursprünglich gleichachsiger Körner (mit Achsen von ungefähr denselben Abmessungen) aufbricht, um eine faserige Struktur oder dünne Platten zu erzeugen, erhöht das Energieniveau von Metall.

Verformtes Metall befindet sich im Vergleich zu seinem unverformten Zustand in einem thermodynamisch instabilen Nichtgleichgewichtszustand. Daher treten im kaltverfestigten Metall bereits bei Raumtemperatur spontane Prozesse auf, die es in einen stabileren Zustand versetzen.

Wenn die Temperatur ausreichend erhöht wird, versucht das Metall, sich durch drei Prozesse dem Gleichgewicht zu nähern:(a) Erholung , (b) Umkristallisation , und (c)Kornwachstum .

Abbildung 3.16 zeigt eine Systematik dieser Prozesse mit zeitlicher Variation. Neue Körner beginnen zum Zeitpunkt T1 aus kaltverarbeiteten Körnern Keime zu bilden; Die Kornkeimbildung setzt sich fort und wächst bis zum Zeitpunkt T2. Zu diesem Zeitpunkt werden alle kalt bearbeiteten Körner zu neuen Körnern nukleiert haben. Zum Zeitpunkt T3 wächst die Größe dieser neuen Körner langsamer.

Eine schematische Zeichnung, die Erholung, Rekristallisation und Kornwachstum sowie die hauptsächlichen Eigenschaftsänderungen in jedem Bereich zeigt, ist in Abb. 2.9 gezeigt.

Wiederherstellung

Was ist Wiederherstellung?

Es ist ein Niedertemperaturphänomen, das zur Wiederherstellung der physikalischen Eigenschaften ohne merkliche Veränderung der Mikrostruktur führt. Die Wiederherstellung ist entscheidend für die Freisetzung innerer Spannungen in geschmiedeten, geschweißten und gefertigten Geräten, ohne die während und nach der Bearbeitung gewonnene Festigkeit zu verringern.

Arbeiten

Wenn ein kaltverfestigtes Metall auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur erhitzt wird, werden die elastischen Verzerrungen des Kristallgitters aufgrund der Zunahme der Amplitude der thermischen Schwingung der Atome reduziert. Durch diese Erwärmung wird die Festigkeit des kaltverfestigten Metalls geringfügig verringert, aber die Elastizitätsgrenze und Duktilität werden erhöht, obwohl sie nicht die Werte erreichen, die das Ausgangsmaterial (vor der Kaltverfestigung) besitzt.

In diesem Zeitraum werden keine Änderungen in der Mikrostruktur beobachtet. Diese teilweise Wiederherstellung der ursprünglichen Eigenschaften, die durch Verringerung der Verzerrung des Kristallgitters ohne merkliche Änderungen der Mikrostruktur erreicht wird, wird als Erholung bezeichnet.

Bei einer gegebenen Temperatur ist die Erholungsrate anfangs am schnellsten und fällt bei längeren Zeiten ab. Somit nimmt die Erholungsmenge, die in einer praktischen Zeit auftritt, mit steigender Temperatur zu. Bei einem bestimmten kaltverformten Metall erholen sich die einzelnen Eigenschaften unterschiedlich schnell und erreichen unterschiedliche Fertigstellungsgrade.

Charakteristische Erholungskurve

Abbildung 3.18 zeigt die Eigenschaften des Wiederherstellungsprozesses. Die Abbildung zeigt, dass I die Erholungsrate zunächst schnell ist und sich dann mit der Zeit verlangsamt, und (ii) die Erholungsmenge mit steigender Temperatur zunimmt. Einzelne Eigenschaften erholen sich bei Metallen unterschiedlich schnell.

Durch die Erholung werden Spannungen aus kaltverformten Legierungen abgebaut, wodurch Spannungsrisskorrosion verhindert wird. Es ist möglich, Spannungen abzubauen, ohne die mechanischen Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen. Um Restspannungen vollständig zu beseitigen, ist eine hohe Erholungstemperatur erforderlich. Diese Hochtemperaturbehandlung ist vorteilhaft für Guss- oder Schweißteile.

Rekristallisation

Was ist Rekristallisation?

Es ist ein Prozess, bei dem verzerrte Körner aus kalt bearbeitetem Metall durch neue spannungsfreie Körner ersetzt werden, wenn sie über eine Temperatur erhitzt werden, die als Rekristallisationstemperatur bekannt ist. Rekristallisation bewirkt eine starke Abnahme der Härte und Festigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Duktilität.

Arbeitsprozess

Die Bildung neuer gleichachsiger Körner beim Erhitzen anstelle der orientierten Faserstruktur des verformten Metalls wird als Rekristallisation bezeichnet. Gleichachsige Kristalle sind Kristalle, deren Achsen ungefähr gleich lang sind. Gleichachsige Körner können ein Hinweis auf Rekristallisation sein. Gleichachsige Kristalle können durch Wärmebehandlung erreicht werden, nämlich Glühen und Normalisieren

Dies ist in Abb. 2.10 dargestellt. Der erste Effekt des Erhitzens besteht darin, neue winzige Körner zu bilden, wie in (a) weiß dargestellt, und diese vergrößern sich schnell, bis weiteres Wachstum durch das Aufeinandertreffen von Körnern wie in (b) und (C) eingeschränkt wird. Schließlich verschwindet das ursprüngliche Kornsystem aus dem Bild und die neue kristallisierte Struktur wird bei (d) gezeigt, wobei die ursprünglichen Körner in der Zeichnung durch gepunktete Linien angedeutet sind. Die Umkristallisation erzeugt nämlich keine neuen Strukturen, sondern neue Körner oder Kristalle derselben Struktur.

Die Rekristallisation besteht im Wesentlichen darin, dass die Atome des verformten Metalls die Bindungen des verzerrten Gitters überwinden, die Bildung von Kernen gleichachsiger Körner und das anschließende Wachstum dieser Körner aufgrund der Übertragung von Atomen von verformten auf unverformte Kristallite. Feine Körner werden verfeinert und nehmen eine Form an, die Fasern ähnelt, wie in Abb. 2.11 gezeigt.

Die Temperatur, bei der Kristallisation stattfindet, dh neue Körner gebildet werden, wird als Rekristallisationstemperatur bezeichnet. Diese ist definiert als die Temperatur, bei der 50 Prozent des kaltverformten Materials in einer Stunde rekristallisieren.

Kornwachstum

Was ist Kornwachstum?

Es bezieht sich auf die Zunahme der durchschnittlichen Korngröße, die durch zusätzliches Glühen verursacht wird, nachdem das Material rekristallisiert ist. Kleine Körner haben weniger freie Energie als große Körner. Kleinere Kristalle mit Atomen höherer Energie neigen dazu, Teil größerer Kristalle zu werden. Diese Neigung fördert das Kornwachstum .

Arbeitsprozess

Unmittelbar nach der Rekristallisation eines Metalls sind die Körner klein und von einigermaßen regelmäßiger Form. Das Korn wächst, wenn die Temperatur hoch genug ist oder wenn die Temperatur das für die Rekristallisation erforderliche Minimum überschreiten darf. Dieses Wachstum ist das Ergebnis einer Tendenz, zu einem stabileren und größeren Zustand zurückzukehren, und scheint hauptsächlich von der Form des Korns abzuhängen.

Für jede Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur gibt es normalerweise eine praktische Maximalgröße, bei der die Körner ein Gleichgewicht erreichen und aufhören, merklich zu wachsen, egal wie lange sie bei der Temperatur gehalten werden. Es gibt jedoch bestimmte Arten von anormalem Kornwachstum, die als Ergebnis von angelegten oder verbleibenden Dehnungsgradienten aufgrund einer ungleichmäßigen Verunreinigungsverteilung auftreten und das Wachstum sehr großer Einzelkörner ermöglichen.

Faktoren, die die Steuerung der Korngröße beeinflussen

1. Grad der Vorverformung

Das erhöhte Maß an Vorverformung fördert die Keimbildung und verringert die endgültige Korngröße. Bevor eine Rekristallisation auftreten kann, ist ein gewisses Maß an Verformung erforderlich. Das sind etwa 2,8 Prozent der Gesamtverformung. Wenn die Verformung klein ist (aber größer als die minimale Verformung), ist die Korngröße grob, weil eine kleine Anzahl von Keimen gebildet wird. Mit zunehmender Verformung nimmt die Anzahl der verzerrten Punkte zu und damit die Korngröße ab.

2. Temperatur

Es gibt eine Temperatur, unterhalb der keine Rekristallisation auftritt. Oberhalb dieser Temperatur nimmt die Korngröße allmählich zu.

3. Heizung

Die Auswirkung der Erwärmungszeit auf die Korngröße wird durch die Temperatur bestimmt, bei der eine Rekristallisation auftritt. Die Rekristallisation benötigt eine gewisse Zeit, um vollständig zu sein, aber diese Zeit nimmt ab, wenn die Temperatur ansteigt. Je feiner die Körnung, desto kürzer die Glühzeit. Mit zunehmender Glühzeit wird das Korn gröber. Langsames Erhitzen fördert das Kornwachstum durch Bildung neuer Kerne, was zu grobem Korn führt.

4. Verunreinigungen

Eine feinere Korngröße wird mit einer größeren Menge und einer feineren Verteilung von Verunreinigungen vorhanden sein. Verunreinigungen fördern die Keimbildung und wirken als Barriere für das Kornwachstum.

Einfluss der Temperatur auf die Wiedergewinnungsrekristallisation und das Kornwachstum

Abb. 3.21 fasst die Auswirkung verschiedener Phänomene auf mechanische und physikalische Eigenschaften zusammen.

F. Bei welchen der folgenden Prozesse finden Erholungsrekristallisation und Kornwachstum statt?
a) Oberflächenhärtung
b) Anlassen
c) Stärkung
d) Glühen

Antwort :- D

Erklärung :- Beim Tempern durchläuft der Kristall drei Phasen, die in dieser Reihenfolge als Erholungsrekristallisation und Kornwachstum bezeichnet werden.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Wiederherstellung und Rekristallisation?

Wiederherstellung – Eine Niedrigtemperatur-Glühwärmebehandlung, die entwickelt wurde, um Restspannungen zu beseitigen, die während der Verformung eingeführt wurden, ohne die Festigkeit des kaltverformten Materials zu verringern.

Rekristallisationstemperatur – Die Temperatur, oberhalb der die Auswirkungen der Kaltverfestigung während des Glühens eliminiert werden.

Was ist der Unterschied zwischen Rückgewinnungsrekristallisation und Kornwachstum?

Wiederherstellung tritt bei niedrigen Temperaturen auf und reduziert oder eliminiert Kaltverfestigungseffekte.

Rekristallisation tritt auf, wenn ausreichend Wärmeenergie verfügbar ist, um die Bildung und das spannungsfreie Wachstum neuer Körner in der bestehenden Matrix voranzutreiben.

Kornwachstum ist das Ergebnis anhaltend hoher Temperaturen nach der Rekristallisation, wenn die Korngrenzen beseitigt werden, was zu einer Zunahme der aktuellen Korngröße führt, unabhängig von der vorherigen austenitischen Korngröße.

Warum ist Kaltarbeit zur Genesung erforderlich?

Die Kaltumformung erhöht die Festigkeit eines Materials, verringert jedoch seine Duktilität und elektrische Leitfähigkeit. Außerdem werden aufgrund der Überlappung und Verwicklung von Versetzungen Eigenspannungen in das Material eingebracht.

Was sind die treibenden Kräfte für Rekristallisation und Kornwachstum?

Die treibende Kraft für das Kornwachstum, sei es kontinuierlich (normales Kornwachstum) oder diskontinuierlich (anormales Kornwachstum), ist die Energie der Hochwinkelgrenzen. Die Hauptantriebskraft für das Auftreten einer Rekristallisation ist die gespeicherte Energie während des Spannens in Form von kristallinen Defekten.