Herstel herkristallisatie en korrelgroei zijn microstructurele veranderingen die optreden tijdens het gloeien na koude plastische vervorming en/of tijdens het warm bewerken van metalen.

Herstel herkristallisatie en graangroei

Plastische vervorming, die het kristalrooster vervormt en de blokken van aanvankelijk gelijkassige (met assen van ongeveer dezelfde afmetingen) korrels breekt om een ​​vezelachtige structuur of dunne platen te produceren, verhoogt het energieniveau van metaal.

Vervormd metaal bevindt zich, in vergelijking met zijn onvervormde toestand, in een niet-evenwichtige, thermodynamisch onstabiele toestand. Daarom treden spontane processen op in door spanning gehard metaal, zelfs bij kamertemperatuur, waardoor het in een stabielere toestand komt.

Als de temperatuur voldoende wordt verhoogd, probeert het metaal het evenwicht te bereiken via drie processen:(a) herstel , (b) herkristallisatie , en (c) korrelgroei .

Figuur 3.16 geeft een systematiek weer van deze processen met tijdsvariatie. Nieuwe korrels beginnen te kiemen uit koud bewerkte korrels op tijdstip T1; korrelkiemvorming zal doorgaan en groeien tot tijd T2. Op dit punt zullen alle koud bewerkte korrels zijn gekiemd tot nieuwe korrels. Op tijdstip T3 groeit de grootte van deze nieuwe korrels langzamer.

Een schematische tekening die herstel, herkristallisatie en korrelgroei en de belangrijkste eigenschapsveranderingen in elke regio aangeeft, wordt getoond in Fig. 2.9.

Herstel

Wat is herstel?

Het is een fenomeen bij lage temperaturen dat resulteert in het herstel van fysieke eigenschappen zonder merkbare verandering in de microstructuur. Het herstel is van cruciaal belang voor het wegnemen van interne spanningen in smeed-, gelaste en gefabriceerde apparatuur zonder de tijdens en na het werken verkregen sterkte te verminderen.

Werken

Als een door spanning gehard metaal wordt verwarmd tot een relatief lage temperatuur, worden de elastische vervormingen van het kristalrooster verminderd als gevolg van de toename in amplitude van thermische oscillatie van de atomen. Deze verhitting zal de sterkte van het door spanning geharde metaal iets verlagen, maar de elasticiteitsgrens en ductiliteit zullen toenemen, hoewel ze niet de waarden zullen bereiken die het oorspronkelijke materiaal bezit (vóór spanningsharden).

In deze periode worden geen veranderingen in de microstructuur waargenomen. Dit gedeeltelijke herstel van de oorspronkelijke eigenschappen, geproduceerd door de vervorming van het kristalrooster te verminderen zonder merkbare veranderingen in de microstructuur, wordt herstel genoemd.

Bij een gegeven temperatuur is de herstelsnelheid aanvankelijk het snelst en neemt op langere termijn af. Dus de hoeveelheid herstel die optreedt in een praktische tijd neemt toe met toenemende temperatuur. In een bepaald koud bewerkt metaal herstellen de individuele eigenschappen zich met verschillende snelheden en bereiken ze verschillende mate van voltooiing.

Kenmerken van herstel

In figuur 3.18 zijn de kenmerken van het herstelproces weergegeven. De figuur laat zien dat I de mate van herstel eerst snel is en daarna met de tijd vertraagt, en (ii) de mate van herstel toeneemt met toenemende temperatuur. Individuele eigenschappen herstellen met verschillende snelheden in metalen.

Door herstel worden spanningen ontlast van koud bewerkte legeringen die spanningscorrosie voorkomen. Het is mogelijk om stress te verlichten zonder de mechanische eigenschappen aanzienlijk te beïnvloeden. Een hoge hersteltemperatuur is vereist om restspanningen volledig te verwijderen. Deze behandeling bij hoge temperatuur is gunstig voor gegoten of gelaste onderdelen.

Herkristallisatie

Wat is herkristallisatie?

Het is een proces waarbij vervormde korrels van koud bewerkt metaal worden vervangen door nieuwe spanningsvrije korrels bij verhitting boven een temperatuur die bekend staat als de herkristallisatietemperatuur. Herkristallisatie veroorzaakt een scherpe afname in hardheid en sterkte terwijl de ductiliteit toeneemt.

Werkproces

De vorming van nieuwe gelijkassige korrels in het verhittingsproces, in plaats van de georiënteerde vezelstructuur van het vervormde metaal, wordt herkristallisatie genoemd. Equiaxed kristallen zijn kristallen met assen van ongeveer dezelfde lengte. Equiaxed korrels kunnen een indicatie zijn voor herkristallisatie. Equiaxed kristallen kunnen worden bereikt door warmtebehandeling, namelijk uitgloeien en normaliseren

Dit wordt geïllustreerd in Fig. 2.10. Het eerste effect van verwarming is het vormen van nieuwe minuscule korrels, zoals weergegeven in wit in (a), en deze worden snel groter totdat verdere groei wordt beperkt doordat korrels elkaar ontmoeten, zoals weergegeven in (b) en (C). Uiteindelijk verdwijnt het oorspronkelijke korrelstelsel uit beeld en wordt de nieuwe gekristalliseerde structuur weergegeven bij (d), waarbij de oorspronkelijke korrels in de tekening zijn aangegeven met stippellijnen. Herkristallisatie produceert in feite geen nieuwe structuren, maar produceert nieuwe korrels of kristallen met dezelfde structuur.

Herkristallisatie bestaat er in wezen uit dat de atomen van het vervormde metaal de bindingen van het vervormde rooster overwinnen, de vorming van kernen van gelijkassige korrels en de daaropvolgende groei van deze korrels als gevolg van de overdracht van atomen van vervormde naar niet-vervormde kristallieten. In fine worden korrels verfijnd en krijgen ze een vorm die lijkt op vezels, zoals weergegeven in Fig.2.11.

De temperatuur waarbij kristallisatie plaatsvindt, dat wil zeggen dat er nieuwe korrels worden gevormd, wordt herkristallisatietemperatuur genoemd. Dit wordt gedefinieerd als die temperatuur waarbij 50 procent van het koud bewerkte materiaal in één uur zal herkristalliseren.

Graangroei

Wat is graangroei?

Het verwijst naar de toename van de gemiddelde korrelgrootte die wordt veroorzaakt door extra gloeien nadat het materiaal is herkristalliseerd. Kleine granen hebben minder vrije energie dan grote granen. Kleinere kristallen met atomen met hogere energie hebben de neiging om deel uit te maken van grotere kristallen. Deze neiging bevordert graangroei .

Werkproces

Net nadat een metaal is herkristalliseerd, zijn de korrels klein en enigszins regelmatig van vorm. De korrel zal groeien als de temperatuur hoog genoeg is of als de temperatuur boven het voor herkristallisatie vereiste minimum komt. Deze groei is het resultaat van een neiging om terug te keren naar een stabielere en grotere toestand, en lijkt voornamelijk af te hangen van de vorm van het graan.

Voor elke temperatuur boven de herkristallisatietemperatuur is er normaal gesproken een praktische maximale grootte waarbij de korrels een evenwicht bereiken en niet meer merkbaar groeien, ongeacht hoe lang ze op die temperatuur worden gehouden. Er zijn echter bepaalde soorten abnormale korrelgroei die optreden als gevolg van toegepaste of resterende spanningsgradiënten als gevolg van niet-uniforme onzuiverheidsverdeling, en die het kweken van zeer grote enkele korrels mogelijk maken.

Factoren die van invloed zijn op het beheersen van de korrelgrootte

1. Mate van eerdere vervorming

De grotere hoeveelheid voorafgaande vervorming bevordert nucleatie en vermindert de uiteindelijke korrelgrootte. Voordat herkristallisatie kan optreden, is een zekere mate van vervorming vereist. Dit is ongeveer 2,8 procent van de totale vervorming. Wanneer de vervorming klein is (maar groter dan de minimale vervorming), is de korrelgrootte grof omdat er een klein aantal kernen wordt gevormd. Naarmate de vervorming toeneemt, neemt het aantal vervormde punten toe en dus neemt de korrelgrootte af.

2. Temperatuur

Er is een temperatuur waaronder geen herkristallisatie optreedt. Boven deze temperatuur neemt de korrelgrootte geleidelijk toe.

3. Verwarming

Het effect van de verwarmingstijd op de korrelgrootte wordt bepaald door de temperatuur waarbij herkristallisatie optreedt. Herkristallisatie neemt een bepaalde tijd in beslag, maar deze tijd neemt af naarmate de temperatuur stijgt. Hoe fijner de korrelgrootte, hoe korter de gloeitijd. De korrel wordt grover naarmate de gloeitijd toeneemt. Langzame verwarming bevordert de korrelgroei door de vorming van nieuwe kernen, wat resulteert in grovere korrels.

4. Onzuiverheden

Fijnere korrelgrootte zal aanwezig zijn met een grotere hoeveelheid en fijnere verdeling van onzuiverheden. Onzuiverheden bevorderen kiemvorming en werken als een barrière voor graangroei.

Effect van temperatuur op herstelherkristallisatie en graangroei

Fig. 3.21 vat het effect van verschillende verschijnselen op mechanische en fysische eigenschappen samen.

V. In welke van de volgende processen vindt herstelherkristallisatie en korrelgroei plaats?
a) Oppervlakteverharding
b) Tempereren
c) Versterking
d) Gloeien

Antwoord:- D

Uitleg:- Tijdens het gloeiproces doorloopt het kristal drie fasen die herkristallisatie en korrelgroei worden genoemd.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen herstel en herkristallisatie?

Herstel – Een gloei-warmtebehandeling bij lage temperatuur die is ontworpen om restspanningen die tijdens vervorming worden geïntroduceerd, te elimineren zonder de sterkte van het koud bewerkte materiaal te verminderen.

Herkristallisatietemperatuur – De temperatuur waarboven de effecten van spanningsverharding worden geëlimineerd tijdens het gloeien.

Wat is het verschil tussen herstelherkristallisatie en korrelgroei?

Herstel treedt op bij lage temperaturen en vermindert of elimineert werkverhardende effecten.

Herkristallisatie treedt op wanneer er voldoende thermische energie beschikbaar is om de aanmaak en spanningsvrije groei van nieuwe granen in de bestaande matrix te stimuleren.

Graangroei is het resultaat van aanhoudende hoge temperaturen voorbij herkristallisatie, aangezien de korrelgrenzen worden geëlimineerd, wat resulteert in een toename van de huidige korrelgrootte, ongeacht de eerdere austenitische korrelgrootte.

Waarom is koud werk nodig voor herstel?

Koud werken verhoogt de sterkte van een materiaal, maar vermindert de taaiheid en elektrische geleidbaarheid. Bovendien worden er restspanningen in het materiaal geïntroduceerd door het overlappen en in de war raken van dislocaties.

Wat zijn de drijvende krachten achter herkristallisatie en korrelgroei?

De drijvende kracht achter de korrelgroei, of deze nu continu (normale korrelgroei) of discontinu (abnormale korrelgroei) is, is de energie van de hoge hoekgrenzen. De belangrijkste drijvende kracht achter herkristallisatie is de opgeslagen energie tijdens het persen in de vorm van kristaldefecten.