Processo de recristalização

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7 de maio de 2018

Processo de recristalizaçãoO processo de recristalização pode ocorrer durante ou após a deformação, durante o arrefecimento ou um tratamento térmico posterior, por exemplo. O anterior é denominado dinâmico, enquanto que o último é denominado estático. Além disso, pode ocorrer a recristalização de uma maneira descontínua, em que novos grãos distintos se formam e crescem, ou de forma contínua, na qual a microestrutura gradualmente evolui para uma microestrutura recristalizada.

Os diversos mecanismos pelos quais a recristalização e recuperação ocorrem são complexos e, em muitos casos, controversos. A seguinte descrição é principalmente aplicável para recristalização contínua estática, que é a variedade mais clássica e, provavelmente, a mais compreendida. Mecanismos adicionais incluem recristalização dinâmica geométrica e tensão limite de migração induzida.

Historicamente, presumia-se que a taxa de nucleação de novos grãos recristalizados seria determinada pelo modelo de flutuação térmica utilizada com sucesso para os fenômenos de solidificação e precipitação. Nesta teoria, imagina-se que, como resultado do movimento natural de átomos (o que aumenta com a temperatura), pequenos núcleos surgem espontaneamente na matriz. A formação destes núcleos estaria associada com um requisito de energia devido à formação de uma nova interface e uma libertação de energia devido à formação de um novo volume de material de baixa energia.

Taxa de recristalização está relacionada com a quantidade de deformação

Se os núcleos foram maiores do que alguns raios críticos, então seriam termodinamicamente estáveis e podem começar a crescer. O principal problema com esta teoria é que a energia armazenada devido a deslocamentos é muito baixa (0,1-1 Jm 3) enquanto que a energia de um contorno de grão é bastante elevada (~ 0.5Jm 2). Os cálculos baseados nestes valores descobriram que a taxa de nucleação observada foi maior do que a uma calculada por algum fator impossivelmente grande (~ 1050).

Como resultado, a teoria alternativa proposta por Cahn, em 1949, é agora aceita universalmente. Os grãos recristalizados não se tornam nucelados na forma clássica, mas sim crescem a partir de sub-grãos e células pré-existentes. O “tempo de incubação” é, então, um período de recuperação, onde sub-grãos com baixos limites de ângulo (<1-2 °) começam a acumular deslocamentos e tornar-se cada vez mais não-orientados em relação aos seus vizinhos.

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O aumento na não-orientação aumenta a mobilidade da fronteira e, assim, a taxa de crescimento dos aumentos de subgrãos. Se um subgrão em uma área local acontece de ter uma vantagem sobre seus vizinhos (como densidades de deslocamento localmente elevadas, um maior tamanho ou a orientação favorável), então este sub-grão será capaz de crescer mais rapidamente do que seus concorrentes. À medida que cresce o seu limite, torna-se cada vez mais desorientado com respeito ao material circundante, até que possa ser reconhecido como um novo grão livre de tensão. A temperatura de recozimento tem uma influência dramática na taxa de recristalização que reflete-se nas equações de cálculo. No entanto, para uma dada temperatura há vários fatores adicionais que influenciam a taxa.

A taxa de recristalização é fortemente influenciada pela quantidade de deformação e, em menor extensão, a maneira pela qual ela é aplicada. Materiais fortemente deformados irão recristalizar mais rapidamente do que aqueles deformados para um menor grau.

Neve após processo de recristalização

Na verdade, abaixo de uma certa deformação, a recristalização pode nunca ocorrer. Deformação em temperaturas mais elevadas vai permitir a recuperação simultânea e, assim, tais materiais se recristalizam mais lentamente do que os deformados, na sala de rolamento com contraste de temperatura, por exemplo, quente e frio. Em certos casos, a deformação pode ser extraordinariamente homogênea ou ocorrer somente em planos cristalográficos específicos. A ausência de outros gradientes de orientação e heterogeneidades pode impedir a formação de núcleos viáveis. Experimentos na década de 1970 descobriram que molibdênio deformado a uma deformação verdadeira de 0,3 é recristalizado mais rapidamente quando tensionadao e na diminuição das taxas de trefilação, laminação e compressão (Barto & Ebert, 1971).

A orientação de um grão e como as alterações de orientação durante a deformação influenciam o acúmulo de energia armazenada e, consequentemente, a taxa de recristalização. A mobilidade dos limites de grão é influenciada pela sua orientação e, assim, algumas texturas cristalográficas irão resultar em crescimento mais rápido do que outros. Átomos de soluto, tanto adições deliberadas e impurezas, têm uma profunda influência sobre a cinética de recristalização. Mesmo concentrações menores podem ter uma influência substancial por exemplo, Fe a 0,004% aumenta a temperatura de recristalização em cerca de 100 ° C (Humphreys e Hatherly, 2004). Atualmente, não se sabe se este efeito é devido principalmente ao retardo de nucleação ou a redução na mobilidade dos grãos de crescimento.