Дислокация тығыздығының төмендеуі және металлдардың қалпына келуі
Recovery (metallurgy)
Металлдардың кристалдық құрылымындағы дефектілерді азайту арқылы қалпына келтіру процесі. Қайта құрылымдау, беріктік пен пластикалық қасиеттерге әсер етеді.
Reduction in the dislocation density of a material's grains
Металлургияда қалпына келтіру – металл немесе қорытпаның деформацияланған түйіршіктерінің кристалдық құрылымындағы ақауларды жою немесе қайта орналастыру арқылы сақталған энергиясын азайтатын процесс. Бұл ақаулар, негізінен дислокациялар, материалдың пластикалық деформациясы нәтижесінде пайда болады және материалдың беріктігін арттыруға себеп болады. Қалпына келтіру дислокациялық тығыздықты азайтатындықтан, бұл процесс әдетте материалдың беріктігін төмендетіп, сонымен бірге оның пластикалық деформациялану қабілетін арттырады. Осылайша, жағдайға байланысты қалпына келтіру пайдалы немесе зиянды болуы мүмкін. Қалпына келтіру, қайта кристалдану және түйіршіктердің өсуі сияқты ұқсас процестермен байланысты, олардың әрқайсысы оттырудың (annealing) кезеңі болып табылады. Қалпына келтіру қайта кристалданумен бәсекелеседі, себебі екеуі де сақталған энергиямен итермеленеді, бірақ сонымен қатар қайта кристалданудың басталуы үшін қажетті шарт деп есептеледі. Бұл процесс дислокациялардың азаюына байланысты электр өткізгіштігінің жақсаруы себепті осылай аталады. Бұл ақауларсыз каналдар құрады, электронның орташа еркін жүріс жолын ұзартады.
In metallurgy, recovery is a process by which a metal or alloy's deformed grains can reduce their stored energy by the removal or rearrangement of defects in their crystal structure. These defects, primarily dislocations, are introduced by plastic deformation of the material and act to increase the yield strength of a material. Since recovery reduces the dislocation density, the process is normally accompanied by a reduction in a material's strength and a simultaneous increase in the ductility. As a result, recovery may be considered beneficial or detrimental depending on the circumstances. Recovery is related to the similar processes of recrystallization and grain growth, each of them being stages of annealing. Recovery competes with recrystallization, as both are driven by the stored energy, but is also thought to be a necessary prerequisite for the nucleation of recrystallized grains. It is so called because there is a recovery of the electrical conductivity due to a reduction in dislocations. This creates defect free channels, giving electrons an increased mean free path.
Анықтама
Физикалық процестерді – қалпына келтіру, қайта кристалдану және дәннің өсуі – нақты ажырату қиын. Догерти және авторлар (1998) былай деді:
«Авторлар қалпына келтіруді деформацияланған материалдарда жоғары бұрышты дән шекарасының жылжуынсыз жүретін барлық оттыру процестері деп анықтауға келісті».
Осылайша, бұл процесті қайта кристалдану мен дәннің өсуінен ажыратуға болады, себебі екеуі де жоғары бұрышты дән шекараларының кең ауқымды қозғалысын қамтиды. Егер қалпына келтіру деформация кезінде (жоғары температуралық өңдеуде жиі кездесетін жағдай) жүрсе, онда ол «динамикалық» деп аталады, ал өңдеуден кейін жүрген қалпына келтіру «статикалық» деп аталады. Басты айырмашылық – динамикалық қалпына келтіру кезінде жинақталған энергия қалпына келтіру процесі арқылы төмендесе де, осы процестің өзіне энергия түсуіне байланысты динамикалық тепе-теңдіктің бір түрі қалыптасады.
The physical processes that fall under the designations of recovery, recrystallization and grain growth are often difficult to distinguish in a precise manner. Doherty et al. (1998) stated:
"The authors have agreed that recovery can be defined as all annealing processes occurring in deformed materials that occur without the migration of a high angle grain boundary"
Thus the process can be differentiated from recrystallization and grain growth as both feature extensive movement of high angle grain boundaries. If recovery occurs during deformation (a situation that is common in high temperature processing) then it is referred to as 'dynamic' while recovery that occurs after processing is termed 'static'. The principal difference is that during dynamic recovery, stored energy continues to be introduced even as it is decreased by the recovery process resulting in a form of dynamic equilibrium.
Құрылымы бұзылған
Қатты деформацияланған металлдың ішінде өте көп мөлшерде дислокациялар болады, олар негізінен "түйіндерде" немесе "орман" тәрізді тораптарда ұсталады. Төмен үйілу қателік энергиясына ие металлдарда дислокациялардың қозғалысы салыстырмалы түрде қиын болғандықтан, деформациядан кейін дислокациялардың таралуы көбінесе кездейсоқ болады. Керісінше, орташа немесе жоғары үйілу қателік энергиясына ие металдар, мысалы алюминий, жасушалық құрылымды қалыптастыруға бейім, онда жасуша қабырғалары дислокациялардың дөңгелек тораптарынан тұрады. Жасушалардың ішкі бөліктерінде дислокация тығыздығы сәйкесінше төмендейді.
A heavily deformed metal contains a huge number of dislocations predominantly caught up in 'tangles' or 'forests'. Dislocation motion is relatively difficult in a metal with a low stacking fault energy and so the dislocation distribution after deformation is largely random. In contrast, metals with moderate to high stacking fault energy, e. g. aluminum, tend to form a cellular structure where the cell walls consist of rough tangles of dislocations. The interiors of the cells have a correspondingly reduced dislocation density.
Жою
Әрбір дислокация материалдың сақталған энергиясына аз, бірақ белгілі бір мөлшерде үлес қосатын кернеу өрісімен байланысты. Температура абсолютті балқу нүктесінің үштен бірінен төмен болған кезде, дислокациялар жылжымалы болып, сығуға, қиылысуға және көтерілуге қабілетті болады. Егер қарама-қарсы таңбалы екі дислокация кездессе, олар бір-бірін жойып, сақталған энергияға олардың үлесін алып тастайды. Жою толыққаннан кейін, тек бір типті артық дислокациялар ғана қалады.
Each dislocation is associated with a strain field which contributes some small but finite amount to the materials stored energy. When the temperature is increased typically below one third of the absolute melting point dislocations become mobile and are able to glide, cross slip and climb. If two dislocations of opposite sign meet then they effectively cancel out and their contribution to the stored energy is removed. When annihilation is complete then only excess dislocation of one kind will remain.
Қайта орналастыру
Анигиляциядан кейін қалған дислокациялар реттелген тізілімдерге орналаса алады, онда олардың жинақталған энергияға жеке үлесі, олардың деформациялық өрістерінің үстіне жабысуы арқылы төмендейді. Ең қарапайым жағдай – бірдей Бургер векторына ие шеттік дислокациялардың тізілімі. Бұл идеализированды жағдайды бір кристалды иілгішпен иілдіру арқылы жасауға болады (Cahn 1949 жылы жасаған бастапқы эксперимент). Шеттік дислокациялар бұрылыс шекараларына қайта құрылымдалады, бұл төмен бұрышты дән шекарасының қарапайым мысалы. Дән шекараларының теориясы шекараның бұрыс бағытталуының ұлғаюы шекараның энергиясын арттырады, бірақ жеке дислокацияның энергиясын азайтады деп болжайды. Осылайша, аз, бірақ күштірек бұрыс бағытталуға ие шекараларды жасауға итермелейтін күш бар. Көп деформацияланған поликристалл материалдардағы жағдай табиғи түрде күрделірек. Әртүрлі Бургер векторына ие көптеген дислокациялар өзара әрекеттесіп, күрделі 2D желілерді құра алады.
After annihilation any remaining dislocations can align themselves into ordered arrays where their individual contribution to the stored energy is reduced by the overlapping of their strain fields. The simplest case is that of an array of edge dislocations of identical Burger's vector. This idealized case can be produced by bending a single crystal that will deform on a single slip system (the original experiment performed by Cahn in 1949). The edge dislocations will rearrange themselves into tilt boundaries, a simple example of a low angle grain boundary. Grain boundary theory predicts that an increase in boundary misorientation will increase the energy of the boundary but decrease the energy per dislocation. Thus, there is a driving force to produce fewer, more highly misoriented boundaries. The situation in highly deformed, polycrystalline materials is naturally more complex. Many dislocations of different Burger's vector can interact to form complex 2 D networks.