» » Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести
28.12.2014

Как показано ранее, при высокотемпературной ползучести молибдена, монокристального и поликристаллического, может происходить первичная рекристаллизация, приводящая к ускорению деформации. Возможность такого эффекта теоретически обоснована в работе. Авторы этой работы предположили, что условием динамической рекристаллизации является критическое значение плотности дислокаций: ρ=ρп.
В качестве меры для сравнения скоростей деформации и рекристаллизации авторы приняли параметр a=tп/t0, где tп — время рекристаллизации при постоянной плотности дислокаций ρп. Используя оценки кинетических параметров рекристаллизации, авторам удалось аналитически выразить зависимости напряжения и деформации с учетом динамической рекристаллизации. Результат зависит от величины параметра а, однако для всех рассмотренных в случаев при изменении а от 0 до 1 деформационная кривая имеет вид зубца с резким скачком при значении а, приближающемся к единице. Авторы попытались также представить уравнение стационарной ползучести с учетом происходящей одновременно с деформацией рекристаллизации, предположив, что началу рекристаллизации соответствует некоторая критическая степень деформации εкр и что рекристаллизация является быстрым процессом по сравнению со временем ползучести. С учетом этих предположений авторы показали, что кривая ползучести состоит из нескольких ветвей, т. е. на кривой должны быть скачки деформации. Такой вид кривой ползучести неоднократно наблюдался экспериментально, например в работе Гринвуда и Уорнера.
Зависимость εкр от σ для рекристаллизации при ползучести весьма противоречива. Например, в никеле деформация, необходимая для начала рекристаллизации, увеличивается с уменьшением скорости деформации. Однако при больших уровнях напряжений значение εкр увеличивалось с повышением σ. Этот вопрос рассматривался в ряде работ Селларса с соавторами.
Из работ последнего времени, посвященных динамической рекристаллизации и ее влиянию на ход кривых ползучести, следует отметить работу Ричардсона и Селларса, выполненную на никеле двух степеней чистоты. В образцах, разгруженных в период ускорения деформации, авторы наблюдали появление новых зерен, в которых субструктура менее развита, чем в исходных зернах.
Некоторые авторы отметили различную склонность материалов к динамической рекристаллизации. Например, Хоникомб считает, что она зависит от величины у (энергии дефектов упаковки). Действительно, ряд материалов с относительно низким значением γ(свинец, медь, никель) рекристаллизуются в процессе ползучести, в то время как алюминий не рекристаллизуется. Этого же мнения придерживаются авторы работы: на экспериментальных кривых ползучести для серебра, палладия и платины наблюдаются скачки деформации, для алюминия — не наблюдаются (рис. 99).
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

Следует иметь в виду, что в некоторых случаях, например при ползучести гетерогенных сплавов, скачки деформации могут быть обусловлены не рекристаллизацией, а растворением частиц упрочняющих фаз.
В последнее время появилось несколько работ, в которых описано появление рекристаллизованных зерен при ползучести сталей. Однако эти результаты нельзя считать достаточно убедительными, учитывая неоднородность деформации при ползучести поликристаллических материалов: более совершенными могут оказаться не только рекристаллизованные зерна, но и зерна, претерпевшие меньшую деформацию к моменту наблюдения ввиду их неблагоприятной ориентировки.
Перейдем к рассмотрению возможных механизмов образования центров рекристаллизации под нагрузкой. Ричардсон и Селларс, обнаружившие рекристаллизацию при ползучести никеля, энергетически обосновали возможность действия механизма Бейли—Хирша и представили схему миграции изогнутого участка границы зерна, закрепленного в двух точках субграницами и способного к росту. Подобный механизм обсуждается в работах. Следует отметить, что механизм Бейли—Хирша не может быть использован для описания рекристаллизации при ползучести монокристаллов, не содержащих в исходном состоянии высокоугольных границ зерен. Для молибдена — ОЦК-металла с высоким значением γ — рекристаллизованные зерна в процессе ползучести могут образовываться из субграниц. Такой механизм предложен нами в работе и описывается с помощью следующей схемы: анализ описанных выше результатов показывает, что появлению высокоугольных границ при ползучести кристалла молибдена предшествует увеличение разориентировки по субграницам и сужение пиков на кривых двойного отражения. Последнее может быть обусловлено уменьшением плотности дислокаций внутри субзерен. Вместе с тем в условиях ползучести мы неоднократно наблюдали «рассыпание» субграниц. Поэтому разумно предположить, что увеличение плотности дислокаций в субграницах по мере роста е обусловлено переползанием в них дислокаций, находящихся внутри субзерен и освободившихся при рассыпании других субграниц.
Для простоты изложения ограничимся рассмотрением границ наклона. Дислокация, попавшая в результате переползания в такую границу, нарушает ее устойчивость, поскольку расстояние между дислокациями в границе становится неодинаковым. Такая граница может либо рассыпаться, либо стать устойчивой в результате перераспределения в ней дислокаций. Кинетика аналогичного процесса, но с обратным знаком (постепенного исчезновения субграницы вследствие вырывания дислокаций и кооперативного переползания оставшихся) рассмотрена Ли и выражается уравнением
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

где dθ/dt — скорость изменения угла разориентации по рассматриваемой границе; В — подвижность дислокаций в границе; E0 и θm — константы материала. Это уравнение может быть использовано и в условиях ползучести, однако нужно учесть влияние σ на подвижность дислокаций. Очевидно, что dθ/dt будет резко возрастать не только вследствие увеличения В, но и из-за уменьшения размера субзерен, наблюдавшегося в ряде экспериментальных работ.
Скорость увеличения количества дислокаций в рассматриваемой границе может быть оценена следующим образом. Для простых границ наклона θ=b/1, где l — расстояние между дислокациями. Поскольку l=1/N (N — число дислокаций в единице длины границы), то θ=bN и
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

Величину ΔN можно оценить по формуле
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

где с — коэффициент пропорциональности (безразмерный); ρ — плотность дислокаций внутри субзерен, которые могут переползать (плотность подвижных дислокаций), см-2; V* — скорость переползания дислокаций, имеющих пороги; Δt — промежуток времени, в течение которого угол разориентации увеличивается на Δθ.
Подставив (78) в (77), получим Δθ=сbρ(t) V*Δt, или
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

Введя в уравнение (79) скорость переползания V* в соответствии с расчетом Виртмана, придем к уравнению
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

где cj — концентрация порогов; D — коэффициент объемной самодиффузии; Ω — атомный объем; R — расстояние от дислокации, на котором концентрация вакансий принимает равновесное значение.
Уравнение (80) является очень сложным вследствие неопределенности функции ρ(t). Для ускоренной ползучести можно воспользоваться выражением Лэгборса
Рекристаллизация при горячей обработке и ползучести

где τ — сдвиговое напряжение.
Конкретный вид функции ρ(t) зависит от функции dε/dt, которая может быть определена экспериментально. Из уравнения (80) видно, что dε/dt возрастает с увеличением cj, σ, ρ и температуры. Приведенные уравнения в принципе позволяют оценить время (при заданных условиях ползучести), требуемое для образования устойчивой границы с заданным углом разориентации.