بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی

در متالورژی انجام کار سرد باعث افزایش استحکام و سختی و کاهش انعطاف‌ذیری یا شکل‌پذیری می‌شود. این پدیده در اثر ادامه انجام کار سرد افزایش یافته و در نتیجه انرژی داخلی افزایش می‌یابد. این کار باعث می‌شود که ماده از نظر ترمودینامیکی ناپایدار باشد.

انجام کار سرد در متالورژی

حرارت دادن به چنین ماده‌ای می‌تواند معایب بلوری را از بین برده و ریزساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی اولیه را بازسازی کند. این پدیده تحت عنوان «بازیابی» و «تبلور مجدد» بررسی می‌شود.

تفاوت دانه ها پس از انجام کار سرد و کار گرم( استفاده از دما همراه با کرنش خارجی )

بازیابی

بازیابی فرآیندی است که طی آن دانه های تغییر شکل یافته می توانند انرژی ذخیره شده خود را با حذف یا تنظیم مجدد عیوب در ساختار کریستالی خود کاهش دهند. این عیوب(نابجایی) با تغییر شکل پلاستیکی مواد ایجاد می‌شوند و باعث افزایش مقاومت تسلیم یک ماده می‌شوند.

حذف یا تنظیم مجدد عیوب(نابجایی ها) در ساختار کریستالی

بازیابی و تبلور مجدد

تبلور مجدد یا بازبلورش یا بلورش مجدد فرایندی است که در آن دانه‌های تغییر شکل یافته با گروهی جدید از دانه‌های بی نقص جایگزین می‌شوند که شامل دو مرحله جوانه‌زنی و رشد کردن تا زمانی که دانه اصلی به‌طور کامل دربرگرفته شود می‌باشند.

نمودار استحکام کششی و شکل پذیری - دمای آنیل کردن

تبلور مجدد معمولاً با کاهش استحکام و سختی ماده و افزایش شکل‌پذیری آن همراه می‌باشد؛ بنابراین این فرایند ممکن است معرف یک مرحلهٔ تعمدی از فرایند یا به عنوان یک فراورده فرعی ناخواسته توسط مرحله دیگری از فرایند باشد.

مهم‌ترین کاربرد صنعتی این فرایند نرم کردن و کنترل اندازه دانه فلزاتی است که به‌طور پیوسته توسط کار سرد سخت شده‌اند و شکل‌پذیری خود را از دست داده‌اند. همچنین پس از عملیات تبلور مجدد تنش‌ های پسماند ماده آزاد می‌شود و می‌تواند برای این منظور نیز مورد استفاده قرار گیرد.

تعریف متداول از تبلور مجدد، تشکیل و مهاجرت مرزهای بزرگ زاویه است، که توسط انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شکل، انجام می شود.

شبیه‌سازی کامپیوتری رشد دانه به صورت سه بعدی با استفاده از مدل میدان فاز.

تبلور مجدد پویا(دینامیکی)

اساسا، تبلور مجدد استاتیک در غیاب پلاستیسیته خارجی رخ می دهد و تنها عامل دما تاثیر گذار است. رایج ترین مورد برای تبلور مجدد استاتیک، گرم کردن یک فلز کار سرد شده است.

اگر تبلور مجدد حین تغییر شکل رخ دهد، تبلور مجدد دینامیکی نامیده می شود به عبارتی، تبلور مجدد دینامیکی همزمان با پلاستیسیته خارجی رخ می دهد و دو عامل دما و کرنش در آن دخیل هستند.

نمونه های استفاده از بازیابی و تبلور مجدد دینامیکی در صنعت

تبلور مجدد دینامیکی (DRX)

تبلور مجدد دینامیکی دارای سه حالت است.

۱_تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته

۲_تبلور مجدد دینامیکی پیوسته

۳_تبلور مجدد دینامیکی هندسی

تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته (DDRX)

تبلور مجدد ناپیوسته (DDRX)ناهمگن است. مراحل هسته زایی و رشد مشخص هستند. در موادی با انرژی انباشتگی - خطای کم رایج است. سپس هسته‌زایی رخ می‌دهد و دانه‌های بدون کرنش جدیدی تولید می‌کند که دانه‌های کرنش‌شده از پیش موجود را جذب می‌کند. این تبلور در مرز دانه‌ها راحت‌تر رخ می‌دهد و اندازه دانه‌ها را کاهش می‌دهد و در نتیجه میزان هسته‌زایی را افزایش می‌دهد. این فرایند باعث افزایش سرعت تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته می‌شود.

مراحل هسته زایی و رشد در تبلور دینامیکی ناپیوسته DDRX

تبلور مجدد پویا ناپیوسته معمولاً یک ریزساختار گردنبند شکل ایجاد می‌کند. با ادامه تبلور مجدد دینامیکی، ناحیه ای که تبلور مجدد نشده را مصرف می‌کند. با ادامه تغییر شکل، تبلور مجدد انسجام بین لایه‌های هسته‌های جدید را حفظ نمی‌کند و بافتی تصادفی ایجاد می‌کند.

• ویژگی های تبلور مجدد دینامیکی ناپیوسته:

۱_اندازه دانه ثابتی وجود دارد که با ادامه تبلور مجدد به آن نزدیک میشود.

۲_منحنی تنش-کرنش ممکن است چندین قله داشته باشد، یک معادله جامع وجود ندارد.

۳_هسته زایی عموما در امتداد مرز های دانه از پیش موجود رخ میدهد.

۴_با کاهش اندازه دانه اولیه، نرخ تبلور مجدد افزایش میابد

تبلور مجدد دینامیکی پیوسته (CDRX)

تبلور مجدد پویا پیوسته در موادی با انرژی‌های انباشتگی-گسلی بالا رایج است. این تبلور زمانی اتفاق می‌افتد که مرزهای دانه با زاویه کم شکل می‌گیرند و به مرزهایی با زاویه بالا تبدیل می‌شوند و دانه‌های جدیدی را در این فرایند تشکیل می‌دهند. برای تبلور مجدد دینامیکی پیوسته، هیچ تمایز واضحی بین مراحل هسته‌زایی و رشد دانه‌های جدید وجود ندارد.

مراحل هسته زایی و رشد در تبلور مجدد دینامیکی پیوسته CDRX

• ویژگی های تبلور مجدد دینامیکی پیوسته:

۱_با افزایش تغییر شکل، اندازه کریستال کاهش میابد.

۲_با افزایش فشار، تنش افزایش میابد

۳_با افزایش کرنش،جهت گیری نادرست مرز زیردانه افزایش میابد.

۴_همانطور که مرز های دانه با زاویه پایین به مزر های دانه با زاویه بالا تبدیل میشوند، جهت گیری نادرست به طور همگن افزایش میابد

تمایز بین رشد پیوسته (عادی) دانه، که در آن همه دانه‌ها تقریباً با سرعت یکسان رشد می‌کنند، و رشد دانه ناپیوسته (غیرطبیعی)، که در آن یک دانه با سرعت بسیار بیشتری نسبت به همسایگان خود رشد می‌کند.

تبلور مجدد دینامیکی هندسی (GDRX)

تبلور مجدد هندسی پویا در دانه‌هایی با دندانه‌های محلی رخ می‌دهد. پس از تغییر شکل، دانه‌هایی که تحت GDRX قرار می‌گیرند، افزایش طول پیدا می‌کنند تا زمانی که ضخامت دانه به زیر آستانه (که در آن مرزهای دندانه‌داری قطع می‌شوند و دانه‌های کوچک به دانه های هم محور می چسبند) میرسد.

مراحل هسته زایی و رشد در تبلور مجدد دینامیکی هندسی GDRX

دندانه‌ها ممکن است قبل از اعمال تنش بر روی مواد موجود باشند یا ممکن است در نتیجه تغییر شکل ماده ایجاد شوند.