回復再結晶と結晶粒成長–作業プロセス

回復再結晶と結晶粒成長 冷間塑性変形後の焼鈍中および/または金属の熱間加工中に発生する微細構造変化です。

回復再結晶と結晶粒成長

塑性変形は、結晶格子を変形させ、最初の等軸（ほぼ同じ寸法の軸を持つ）粒子のブロックを破壊して、繊維構造または薄いプレートを生成し、金属のエネルギーレベルを増加させます。

変形した金属は、変形していない状態と比較して、非平衡で熱力学的に不安定な状態にあります。そのため、室温でもひずみ硬化した金属で自発的なプロセスが発生し、より安定した状態になります。

温度が十分に上昇すると、金属は次の3つのプロセスを通じて平衡に近づこうとします。（a）回復、（b）再結晶 、および（c）穀物の成長 。

図3.16は、時間変化を伴うこれらのプロセスの体系を示しています。新しい粒子は、時間T1で冷間加工された粒子から核形成を開始します。粒子の核形成は継続し、時間T2まで成長します。この時点で、冷間加工されたすべての穀物は新しい穀物に核形成されます。時間T3で、これらの新しい粒子のサイズはより遅い速度で成長します。

図2.9に、回復、再結晶、結晶粒成長、および各領域での主な特性変化を示す概略図を示します。

回復

リカバリとは何ですか？

これは低温現象であり、微細構造に目立った変化を起こすことなく物性を回復させます。回復作業中および作業後に得られる強度を低下させることなく、鍛造、溶接、および製造された機器の内部応力を解放するために重要です。

作業中

ひずみ硬化した金属を比較的低温に加熱すると、原子の熱振動の振幅が大きくなるため、結晶格子の弾性歪みが減少します。この加熱により、ひずみ硬化した金属の強度はわずかに低下しますが、弾性限界と延性は増加しますが、初期の材料（ひずみ硬化前）が持つ値には達しません。

この期間、微細構造の変化は見られません。微細構造に目立った変化を与えることなく結晶格子の歪みを減らすことによって生成される、元の特性のこの部分的な復元は、回復と呼ばれます。

与えられた温度で、回復の速度は最初は最も速く、より長い時間で低下します。したがって、実際の時間で発生する回復の量は、温度の上昇とともに増加します。与えられた冷間加工された金属では、個々の特性はさまざまな速度で回復し、さまざまな程度の完成を達成します。

回復の特性曲線

図3.18は、リカバリプロセスの特性を示しています。この図は、回復速度が最初は速く、その後時間とともに遅くなり、（ii）回復量は温度の上昇とともに増加することを示しています。個々の特性は、金属ではさまざまな速度で回復します。

回復することにより、応力腐食割れを防ぐ冷間加工合金から応力が緩和されます。機械的性質に大きな影響を与えることなく応力を緩和することが可能です。残留応力を完全に除去するには、高い回復温度が必要です。この高温処理は、鋳造または溶接部品に役立ちます。

再結晶

再結晶とは何ですか？

これは、再結晶温度と呼ばれる温度を超えて加熱されると、冷間加工された金属の歪んだ粒子が新しいひずみのない粒子に置き換わるプロセスです。 再結晶化 延性を高めながら、硬度と強度を急激に低下させます。

作業プロセス

変形した金属の配向した繊維構造の代わりに、加熱プロセスでの新しい等軸結晶粒の形成は、再結晶と呼ばれます。等軸結晶は、ほぼ同じ長さの軸を持つ結晶です。等軸結晶粒は再結晶の指標となる可能性があります。等軸結晶は、熱処理、すなわちアニーリングと正規化によって実現できます。

これを図2.10に示します。加熱の最初の効果は、（a）に白で示されているように新しい微細な粒子を形成することであり、（b）と（C）に示されているように、粒子が別の粒子と出会うことによってさらなる成長が制限されるまで、これらは急速に拡大します。最終的に、元の粒子システムは画像から外れ、新しい結晶化構造が（d）に示されます。元の粒子は、図に点線で示されています。実際、再結晶は新しい構造を生成しませんが、同じ構造の新しい粒子または結晶を生成します。

再結晶は、本質的に、変形した金属の原子が歪んだ格子の結合を克服し、等軸粒子の核を形成し、その後、変形した結晶子から変形していない結晶子への原子の移動によるこれらの粒子の成長になります。細かくすると、図2.11に示すように、粒子が微細化され、繊維に似た形状になります。

結晶化が起こる温度、つまり新しい粒子が形成される温度は、再結晶温度と呼ばれます。これは、冷間加工された材料の50％が1時間で再結晶する温度として定義されます。

穀物の成長

穀物の成長とは何ですか？

これは、材料が再結晶した後の追加のアニーリングによって引き起こされる平均結晶粒径の増加を指します。小さな粒子は大きな粒子よりも自由エネルギーが少なくなります。より高いエネルギー原子を持つより小さな結晶は、より大きな結晶の一部になる傾向があります。この傾向は穀物の成長を促進します。

作業プロセス

金属が再結晶した直後、粒子は小さく、やや規則的な形状になっています。温度が十分に高い場合、または温度が再結晶に必要な最低温度を超えることが許される場合、粒子は成長します。この成長は、より安定したより大きな状態に戻る傾向の結果であり、主に粒子の形状に依存しているように見えます。

再結晶温度を超える温度では、通常、その温度でどれだけ長く保持されていても、粒子が平衡に達し、かなり成長しなくなる実用的な最大サイズがあります。ただし、不均一な不純物分布によるひずみの適用または残留勾配の結果として発生し、非常に大きな単一粒子の成長を可能にする、特定の種類の異常な粒子成長があります。

粒子サイズの制御に影響を与える要因

1。事前の変形の程度

事前の変形量が増えると、核形成が促進され、最終的な粒子サイズが小さくなります。再結晶が発生する前に、ある程度の変形が必要です。これは、全体の変形の約2.8パーセントです。変形が小さい場合（ただし、最小変形よりも大きい場合）、形成される核の数が少ないため、結晶粒径は粗くなります。変形が大きくなると、歪んだ点の数が増えるため、粒子サイズが小さくなります。

2。温度

それ以下では再結晶が起こらない温度があります。結晶粒径はこの温度を超えると徐々に大きくなります。

3。暖房

結晶粒径に及ぼす加熱時間の影響は、再結晶が起こる温度によって決まります。再結晶が完了するまでには一定の時間がかかりますが、温度が上がるとこの時間は短くなります。結晶粒径が細かいほど、焼きなまし時間は短くなります。焼きなまし時間が長くなると、結晶粒は粗くなります。ゆっくりと加熱すると、新しい核が形成されて粒子の成長が促進され、粗い粒子が生成されます。