Исследование рекристаллизации молибдена
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
приемлемых температурно-временных параметров высокотемпературного отжига;
освоить необходимые разделы количественной металлографии, а именно - методы определения среднего размера зерна;
освоить работу на высокотемпературной вакуумной установке и провести высокотемпературный вакуумный отжиг образцов молибдена;
подготовить образцы для металлографических исследований и провести измерения размеров зерен.
2. Аналитический обзор
2.1 Сущность процесса рекристаллизации и ее виды
Рекристаллизацией называется процесс замены сильно искаженной структуры кристаллических материалов новыми зернами поликристалла той же фазы, но обладающими более совершенной кристаллической структурой и меньшей свободной энергией. Рекристаллизация может наблюдаться как в деформированных кристаллах, так и в кристаллах, искаженных другими методами (при росте кристаллов, при воздействии высокоэнергетических пучков и др.) [4, 5].
В процессе нагрева деформированного кристалла рекристаллизация является следующей после возврата свойств кристаллов (отдых кристаллов и полигонизация) стадией структурных изменений и приводит к формированию поликристаллической структуры с низкой плотностью дислокаций к других дефектов кристаллического строения. Рекристаллизация осуществляется путем формирования зародышей и их последующего роста за счет миграции большеугловых границ. Различают три основных стадии рекристаллизации: первичную, собирательную и вторичную.
Первичная рекристаллизация - процесс зарождения центров рекристаллизации и их роста до соприкосновения с соседними новыми зернами в рекристаллизованных участках. Новые зерна имеют более совершенную структуру, чем исходная матрица, и отделены от нее большеугловыми границами.
Собирательная рекристаллизация заключается в росте одних рекристаллизованных зерен за счет других путем миграции высокоугловых границ. Средний размер зерна при этом увеличивается, но существенной разнозернистости не наблюдается.
Движущей силой первичной рекристаллизации является уменьшение запасенной при пластической деформации энергии, связанной с дислокациями и другими дефектами кристаллического строения, движущей силой собирательной рекристаллизации - снижение свободной энергии границ зерен за счет уменьшения их протяженности в единице объема.
Вторичная рекристаллизация отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из рекристаллизированных зерен, те, которые могут достигать гигантских размеров на фоне мелкозернистой матрицы. Вторичная рекристаллизация происходит тогда, когда нет непрерывного нормального роста зерен. Такой тип рекристаллизации наблюдается, если граница зерен закреплена дисперсными частицами второй фазы. В этом случае при нагреве граница зерна может перемещаться либо "волоча" за собой частицы (медленная собирательная рекристаллизация), либо движущая сила рекристаллизации оказывается достаточной для отрыва от частиц нескольких границ, которые начинают быстро мигрировать, тогда как остальные границы еще закреплены частицами второй фазы. При этом и возникает вторичная рекристаллизация, приводящая к резкой разнозернистости металла. Последующий процесс получил название быстрой или аномальной рекристаллизации. Стабилизировать структуру (задержать рост зерен), вызывая тем самым вторичную рекристаллизацию, могут также некоторые текстуры.
Отдельные стадии рекристаллизации являются термически активируемыми процессами, их скорость экспоненциально возрастает с увеличением температуры, а их началу обычно предшествует инкубационный период. Практически важными величинами являются температуры начала и конца первичной рекристаллизации (и ), начала собирательной и вторичной рекристаллизации. Эти температуры зависят от наличия примесей, исходной структуры (степени деформации Е) и продолжительности отжига t. Так, и снижаются с ростом Е и t. Наличие дисперсных частиц второй фазы может резко затормозить рекристаллизацию, повысив за счет блокирования малоугловых границ дислокационных ячеек, а также повысить температуру собирательной рекристаллизации, что широко используется в технике. Значения существенно зависят от типа межатомной связи. Для всех ковалентных и частично ковалентных кристаллов выполняется условие ?*, где t* - характеристическая температурa деформации кристаллов, ниже которой подвижность дислокаций резко уменьшается. Это обусловлено необходимостью дислокационных перестроек для формирования зародыша. Рекристаллизация существенно влияет на механические свойства кристаллических материалов. При наличии хладноломкости рекристаллизация деформированного металла с ячеистой структурой приводит к росту температуры хладноломкости, одновременно пластичность выше температуры хладноломкости возрастает, предел текучести снижается в соответствии с соотношением Петча. После рекристаллизации уменьшается склонность к локализации пластической деформации и формированию шейки. Для выбора оптимальной температуры обработки металла используют представление о гомологической рекристаллизационной температуре = Т/, где Т - температура деформации или отжига, К; - температура конца первичной рекристаллизации. Так, оптимальные по пластичности свойства сплавов молибдена и вольфрама получаются при tp0,95. Кристаллографическая т?/p>