Введение

Снижение плотности дислокаций в зернах материала.

В металлургии восстановление – это процесс, при котором деформированные зерна металла или сплава могут снизить свою накопленную энергию посредством удаления или перестройки дефектов в их кристаллической структуре. Эти дефекты, главным образом дислокации, возникают в результате пластической деформации материала и приводят к увеличению предела текучести. Поскольку восстановление снижает плотность дислокаций, этот процесс обычно сопровождается уменьшением прочности материала и одновременным увеличением пластичности. В результате восстановление может быть полезным или вредным, в зависимости от конкретных условий. Восстановление связано с аналогичными процессами рекристаллизации и роста зерен, каждый из которых является стадией отжига. Восстановление конкурирует с рекристаллизацией, поскольку оба процесса обусловлены накопленной энергией, но также считается необходимым условием для зародышеобразования рекристаллизованных зерен. Этот процесс получил свое название из-за восстановления электрической проводимости, происходящего в результате уменьшения количества дислокаций. Это создает каналы, свободные от дефектов, обеспечивая электронам увеличенную среднюю длину свободного пробега.

Определение

Физические процессы, подпадающие под обозначения восстановления, рекристаллизации и роста зерна, часто трудно разграничить однозначно. Доэрти и др. (1998) отмечали: "Авторы пришли к соглашению, что восстановление можно определить как все процессы отжига, происходящие в деформированных материалах, которые не связаны с миграцией границ зерен высокого угла". Таким образом, этот процесс можно отличить от рекристаллизации и роста зерна, поскольку оба характеризуются значительным перемещением границ зерен высокого угла. Если восстановление происходит в процессе деформации (что часто встречается при высокотемпературной обработке), его называют "динамическим", а восстановление, происходящее после обработки, – "статическим". Главное отличие состоит в том, что при динамическом восстановлении накопленная энергия продолжает накапливаться, даже по мере ее уменьшения в результате процесса восстановления, что приводит к своего рода динамическому равновесию.

Деформированная структура

Тяжело деформированный металл содержит огромное количество дислокаций, преимущественно запутавшихся в «запутанностях» или «лесах». Движение дислокаций относительно затруднено в металлах с низкой энергией образования дефектов упаковки, поэтому распределение дислокаций после деформации в значительной степени случайно. В отличие от этого, металлы с умеренной или высокой энергией образования дефектов упаковки, например, алюминий, склонны формировать клеточную структуру, где клеточные стенки состоят из грубых переплетений дислокаций. Внутренние области клеток характеризуются соответствующим снижением плотности дислокаций.

Уничтожение

Каждое дислокационное нарушение связано с полем деформаций, которое вносит небольшой, но конечный вклад в запасенную энергию материала. При повышении температуры, как правило, до значения менее одной трети абсолютной температуры плавления, дислокации становятся подвижными и способны к скольжению, перескакиванию и ползучести. Если две дислокации с противоположными знаками встречаются, они эффективно аннигилируют, и их вклад в запасенную энергию устраняется. Когда аннигиляция завершена, остается только избыток дислокаций одного знака.

Перестановка

После аннигиляции любые оставшиеся дислокации могут выстраиваться в упорядоченные массивы, где их индивидуальный вклад в запасенную энергию уменьшается за счет перекрытия их полей деформации. Простейший случай – это массив краевых дислокаций с одинаковым вектором Бюргерса. Этот идеализированный случай можно получить, изгибая монокристалл, который будет деформироваться по одной системе скольжения (оригинальный эксперимент, проведенный Каном в 1949 году). Краевые дислокации перестраиваются в границы наклона, являющиеся простым примером границы зерна малого угла. Теория границ зерен предсказывает, что увеличение расхождения в ориентации границы приведет к увеличению энергии границы, но к уменьшению энергии на дислокацию. Таким образом, существует движущая сила для образования меньшего числа границ с большей степенью дезориентации. Ситуация в сильно деформированных поликристаллических материалах, естественно, более сложная. Многочисленные дислокации с различными векторами Бюргерса могут взаимодействовать, формируя сложные двумерные сети.