» » Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге
28.12.2014

Как указывалось ранее, движущей силой вторичной рекристаллизации в фольге может быть поверхностная энергия. С увеличением толщины фольги возрастает вклад зернограничной энергии в движущую силу вторичной рекристаллизации. Однако в некоторых работах высказывается предположение, что причиной ее может быть разная степень совершенства зерен в поликристаллическом агрегате.
Для выяснения этого вопроса была исследована фольга из вольфрама чистотой 99,96%, толщина которой не превышала 50 мкм. Фольгу отжигали при 1000—2300°С в вакууме с давлением остаточных газов не выше 1*10в5 мм рт. ст., затем электролитическим способом полировали в 10%-ном растворе KOH при плотности тока 10 а/см2. Внутреннюю структуру зерен после первичной и в процессе вторичной рекристаллизации изучали рентгеновским методом двухкристального спектрометра, а также методом оптической микроскопии.
При микроструктурном изучении внутризеренной структуры по ямкам травления использовали реактив, содержащий 32,7 ч. (г) K2Fe(CN)6 + 4,78 ч. NaOH + 103 см3 H2O. Реактив, предложенный в работе для вытравливания дислокаций в плоскости {100} монокристалла вольфрама, выявляет значительно меньше ямок травления, чем использованный. По-видимому, этим в некоторой степени обусловлена обнаруженная в работе меньшая плотность ямок травления по сравнению с плотностью дислокаций, определяемой электронномикроскопическим методом. Плотность хаотически распределенных дислокаций оценивалась по полуширине βист отдельных пиков на кривых двойного отражения по формуле ρ = βист/4,35 b2.
Для подтверждения правильности выбранной модели было проведено металлографическое изучение внутризеренной структуры (рис. 57). При этом обнаружено, что плотность хаотически распределенных ямок травления значительно превышает их плотность в субграницах. При оценке βист учитывали поправку Δβ, зависящую от геометрических условий рентгеносъемки.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

Оцененные значения ρ оказались следующими: 2*10в7 см-2 для первично рекристаллизованных зерен и 6*10в8 см-2 для крупных зерен, выросших в результате вторичной рекристаллизации. Плотность ямок травления ρмикр, определенная оптическим методом, во вторично рекристаллизованных зернах составляла приблизительно I-10в8 см-2.
Таким образом, структура вторично рекристаллизованных зерен, выросших при 1800—2300° С в вольфраме, менее совершенна, чем структура зерен, выросших при первичной рекристаллизации деформированной фольги. Возможно, определенную роль в формировании несовершенной структуры при росте зерен в процессе вторичной рекристаллизации играют примеси, оказывающиеся внутри крупных зерен при миграции границы в мелкозернистую матрицу. Локальное повышение концентрации примесей, закрепляющих дислокации, может приводить к формированию внутри зерен участков с дефектной структурой. С этой точки зрения представляет интерес исследование степени совершенства зерен, растущих при вторичной рекристаллизации в металлах высокой степени чистоты (например, в электроннолучевом никеле).
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

Для оценки вклада поверхностной энергии в движущую силу вторичной рекристаллизации в фольге необходимо рассмотреть текстуру вторичной рекристаллизации.
На рис. 58 приведена стереографическая проекция полюсов {100} аномальных зерен в фольге электроннолучевого никеля. Расположение главных направлений для плоскостей {100}, представленных на полюсной фигуре, говорит о наличии четкой текстуры вторичной рекристаллизации, которая сохраняется при последующих повышениях температуры и увеличении времени выдержки. Полученная текстура описывается ориентировкой (112). Преимущественная ориентировка (112) присутствует и в деформированной, и в первично рекристаллизованной фольге высокочистого никеля.
На рис. 59 представлена {111}-полюсная фигура прокатанной фольги никеля высокой чистоты. Текстура достаточно четко описывается только двойной ориентировкой типа (112). На полюсной фигуре этого же образца после завершения первичной рекристаллизации (рис. 60) представлена кубическая текстура (001). Наряду с ней присутствует кристаллографическая ориентировка (112), отличающаяся от текстуры деформации только поворотом на 90° относительно оси, перпендикулярной к плоскости прокатки.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

В работах изучались ориентационные соотношения при деформации и рекристаллизации никеля. В деформированном никеле установлено наличие текстуры, которую можно описать следующими ориентировками: (123), (011) и (112). После первичной рекристаллизации авторы упомянутых работ наблюдали образование в основном кубической текстуры. Следует, однако, отметить, что в литературе отсутствуют данные о текстурах деформации и отжига в никеле очень высокой степени чистоты. Сопоставление результатов автора с результатами работ показывает, что особенностью высокочистого никеля является присутствие ориентировки (112) в рекристаллизованном состоянии. В связи с этим утверждение авторов работы о том, что увеличение чистоты металла не оказывает существенного влияния на образование текстур отжига, представляется нам несостоятельным. По-видимому, это утверждение обусловлено тем, что изученный авторами зонноочищенный никель не был металлом высокой степени чистоты и содержал заметное количество неконтролируемых примесей.
Сравнение текстур деформации, первичной и вторичной рекристаллизации электроннолучевого никеля показывает, что во всех случаях в фольге имеется заметное количество зерен, у которых кристаллографическая плоскость {112} совпадает с поверхностью фольги. Такие зерна термически устойчивы и растут за счет зерен кубической ориентации. Интересно отметить, что в никеле, содержащем лишь кубическую текстуру в первично рекристаллизованном состоянии, по мере повышения температуры наблюдается развитие беспорядочной ориентировки. Вторичная рекристаллизация с образованием очень четкой текстуры (112) является, следовательно, особенностью лишь высокочистого никеля.
Иные ориентационные соотношения были обнаружены при вторичной рекристаллизации слабо легированного молибдена. Текстура деформированной прокаткой молибденовой фольги описывается главным образом ориентировкой (100), а также (112) с поворотом на 4—6° относительно направления прокатки вокруг оси, перпендикулярной к плоскости прокатки (рис. 61), что соответствует литературным данным.
Текстура первичной рекристаллизации в фольге из молибдена описывается теми же ориентировками, что и текстура деформации (рис. 62), и получается из последней поворотом на 12—15° относительно направления прокатки вокруг оси, перпендикулярной к плоскости фольги.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

В работе представлена стереографическая проекция полюсов куба для зерен, выросших при вторичной рекристаллизации фольги из слабо легированного молибдена. Проекция построена по эпиграммам, снятым от отдельных зерен. Всего изучено более 120 зерен в различных образцах фольги. Из рис. 63 видно, что в отличие от электроннолучевого никеля, текстура вторичной рекристаллизации в молибдене не может быть описана единственной ориентировкой. Выделяются три группы зерен, повернутых друг относительно друга вокруг оси, приблизительно перпендикулярной к плоскости прокатки. Отклонение плоскости {100} от поверхности фольги во всех изученных зернах колеблется в пределах от 4 до 20°. Росту зерен с ориентацией, близкой к {100}, присутствующих как в деформированном, так и в первично рекристаллизованном состоянии, способствует, вероятно, не только недостаточно чистая атмосфера отжига (вакуум 10в-4 мм рт. ст.), но и растворенный в молибдене титан и другие микропримеси. Следует также иметь в виду, что, согласно, в молибдене присутствуют дисперсные частицы, блокирующие границы и стимулирующие аномальный рост зерен. Поэтому движущая сила вторичной рекристаллизации в изученной фольге не может быть связана лишь с поверхностной энергией.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

Сравнение текстур вторичной рекристаллизации электроннолучевого никеля и слабо легированного молибдена показывает, что наличие примесей ухудшает совершенство текстуры вторичной рекристаллизации в фольге. Особенно ярко это показывает исследование вольфрама с несколько отличающимся количеством неконтролируемых микропримесей, растворенных в матрице. Общее количество примесей в наиболее «грязной» фольге не превышало 0,04%, при этом было до 0,014% молибдена, по-видимому не обладающего заметной горофильностью по отношению к вольфраму.
В зависимости от технологических условий получения фольга разделялась на три партии. В фольге типа А происходила вторичная рекристаллизация с образованием вытянутых в направлении прокатки аномальных зерен (рис. 63, а); в фольге типа Б в процессе вторичной рекристаллизации росли равноосные аномальные зерна (рис. 63, б); в фольге типа В в исследованном температурном интервале вторичная рекристаллизация вообще не наблюдалась (рис. 63, в). Исследование кинетики первичной рекристаллизации в фольге, деформированной прокаткой на 90%, показало, что наиболее чистой по растворимым примесям является фольга типа Б.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

На рис. 64, а приведена {110}-полюсная фигура фольги типа А в деформированном состоянии. Для нее характерно наличие ориентировок типа (001) и (112), причем сильнее выражена текстура (001). Однако области сильной полюсной плотности имеют гораздо большую протяженность на полюсной фигуре, чем это может быть описано идеальной ориентировкой (001), и поэтому можно признать наличие других, более слабо выраженных ориентировок, например (113), (115) и др.
После завершения первичной рекристаллизации в фольге типа А присутствуют те же ориентировки, что и в деформированном вольфраме (рис. 64, б), однако вклад в общую текстуру за счет ориентировки (112) уменьшается.
Оценка ориентации 80 вытянутых в направлении прокатки аномальных зерен, растущих при вторичной рекристаллизации (1800—2300° С) вольфрамовой фольги типа А, показала наличие нескольких текстур: (001), (113) с поворотом в плоскости_прокатки на 7° от направления прокатки, (115) и (115) (рис. 65). Последнюю ориентацию можно совместить с (115) поворотом на 45° в плоскости прокатки. Вольфрамовая фольга типа Б в деформированном состоянии характеризуется двумя ориентировками: (001) и (113) (рис. 66, а). Процесс первичной рекристаллизации в этой фольге полностью завершается при 1400°С (1 ч). Текстура первичной рекристаллизации описывается ориентировками (001) и (113) с поворотом на 12° влево от направления прокатки (рис. 66, б).
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге

Текстура вторичной рекристаллизации в фольге типа Б представлена на рис. 67. Из 42 исследованных равноосных аномальных зерен нет ни одного отклонения по ориентации. Все они имеют одинаковую ориентировку (113) с отклонением по плоскости не более ±2°. Фольга типа В в деформированном состоянии имеет текстуру (001) (см. рис. 68). Эта же текстура сохраняется после первичной рекристаллизации, однако при дальнейшем повышении температуры отжига возможно ее рассеяние.
Таким образом, в более загрязненной растворимыми примесями вольфрамовой фольге типа А при вторичной рекристаллизации растут вытянутые аномальные зерна, не имеющие жесткой текстуры, как и в слабо легированном молибдене. По-видимому, вытянутая в направлении прокатки форма зерен связана со строчечным расположением дисперсных частиц при прокатке. Наоборот, в более чистом вольфраме (фольга типа Б) растут равноосные зерна, характеризующиеся единственной ориентировкой и слабым рассеянием этой ориентировки, как в электроннолучевом никеле. Очевидно, рост зерен (113) в этой фольге обусловлен тем, что такие зерна присутствуют и в деформированном, и в первично рекристаллизованном состоянии (ср. с высокочистым никелем). Рост зерен при вторичной рекристаллизации, по всей вероятности, сопровождается уменьшением поверхностной свободной энергии при увеличении площади поверхности, занятой кристаллографической гранью (113). Присутствующие в фольге типа А растворимые примеси, концентрирующиеся в поверхностных участках зерен, по-видимому, уменьшают Δγs различных кристаллографических граней и делают возможным рост зерен еще нескольких ориентировок. Это означает, что в тонкой металлической фольге даже при отсутствии сильно выраженной разнозернистости в первично рекристаллизованном состоянии возможна вторичная рекристаллизация, обусловленная поверхностной энергией, причем совершенная текстура вторичной рекристаллизации свойственна лишь металлам, чистым по растворимым примесям. Текстура вторичной рекристаллизации в этих случаях не обязательно соответствует минимальной поверхностной энергии γ{hkl} в рассматриваемой кристаллической решетке (грань {110} для ОЦК- и {111} для ГЦК-кристаллической решетки). При вторичной рекристаллизации происходит рост зерен с наименьшей поверхностной энергией, тех, которые присутствуют в деформированном и первично рекристаллизованном состоянии.
Движущая сила вторичной рекристаллизации в фольге