회수 재결정화 및 입자 성장 – 작업 과정

회수 재결정화 및 입자 성장 냉간 소성 변형 후 및/또는 금속의 열간 가공 중 어닐링 중에 발생하는 미세 구조 변화입니다.

회수 재결정화 및 곡물 성장

결정 격자를 왜곡하고 초기 등축(거의 동일한 치수의 축을 가짐) 입자의 블록을 분해하여 섬유질 구조 또는 얇은 판을 생성하는 소성 변형은 금속의 에너지 준위를 증가시킵니다.

변형된 금속은 변형되지 않은 상태에 비해 열역학적으로 불안정한 비평형 상태입니다. 따라서 상온에서도 변형 경화 금속에서 자발적인 과정이 발생하여보다 안정적인 상태로 만듭니다.

온도가 충분히 올라가면 금속은 세 가지 과정을 통해 평형에 접근하려고 시도합니다. (a) 회복 , (b) 재결정 , 및 (c) 곡물 성장 .

그림 3.16은 시간 변화에 따른 이러한 프로세스의 체계를 보여줍니다. 새로운 곡물은 T1 시간에 냉간 가공된 곡물에서 핵 생성을 시작합니다. 입자 핵 생성은 T2 시간까지 계속되고 성장할 것입니다. 이 시점에서 냉간 가공된 모든 곡물은 새로운 곡물로 핵이 형성됩니다. T3 시간에 이 새로운 알갱이의 크기는 더 느린 속도로 커집니다.

회복, 재결정 및 결정립 성장과 각 영역의 주요 특성 변화를 나타내는 개략도가 그림 2.9에 나와 있습니다.

복구

복구란 무엇입니까?

미세구조의 눈에 띄는 변화 없이 물성을 회복시키는 저온 현상입니다. 복구 작업 중 및 작업 후 얻은 강도를 감소시키지 않으면서 단조, 용접 및 가공 장비의 내부 응력을 방출하는 데 중요합니다.

작업

변형 경화 금속을 비교적 낮은 온도로 가열하면 원자의 열 진동 진폭이 증가하여 결정 격자의 탄성 왜곡이 감소합니다. 이 가열은 변형 경화 금속의 강도를 약간 낮추지만 탄성 한계와 연성은 증가하지만 초기 재료가 보유한 값(변형 경화 전)에 도달하지는 않습니다.

이 기간 동안 미세 구조의 변화는 관찰되지 않습니다. 미세 구조의 눈에 띄는 변화 없이 결정 격자의 왜곡을 줄임으로써 생성된 원래 속성의 부분적인 복원을 복구라고 합니다.

주어진 온도에서 회복 속도는 처음에는 가장 빠르며 시간이 지나면서 떨어집니다. 따라서 실제 시간에 발생하는 회복량은 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 주어진 냉간 가공 금속에서 개별 속성은 다른 속도로 회복되고 다양한 완성도에 도달합니다.

특성 회복 곡선

그림 3.18은 복구 프로세스의 특성을 보여줍니다. 그림은 I 회복 속도가 처음에는 빠르다가 시간이 지남에 따라 느려지고 (ii) 온도가 증가함에 따라 회복량이 증가함을 보여줍니다. 개별 속성은 금속에서 다른 속도로 회복됩니다.

회복에 의해 응력 부식 균열을 방지하는 냉간 가공 합금에서 응력이 완화됩니다. 기계적 특성에 큰 영향을 미치지 않으면서 응력을 완화할 수 있습니다. 잔류 응력을 완전히 제거하려면 높은 회복 온도가 필요합니다. 이 고온 처리는 주조 또는 용접 부품에 유용합니다.

재결정화

재결정화란 무엇입니까?

냉간 가공된 금속의 변형된 입자가 재결정화 온도로 알려진 온도 이상으로 가열될 때 변형이 없는 새로운 입자로 대체되는 과정입니다. 재결정화 연성은 증가하면서 경도와 강도는 급격히 감소합니다.

작업 프로세스

변형된 금속의 배향된 섬유 구조 대신 가열 과정에서 새로운 등축 결정립의 형성을 재결정화라고 합니다. 등축 결정은 거의 같은 길이의 축을 가진 결정입니다. 등축 입자는 재결정화의 표시일 수 있습니다. 등축 결정은 열처리, 즉 어닐링 및 정규화에 의해 달성될 수 있습니다.

이것은 그림 2.10에 설명되어 있습니다. 가열의 첫 번째 효과는 (a)의 흰색과 같이 새로운 미세 입자를 형성하는 것이며, (b)와 (C)와 같이 입자가 다른 입자와 만나 추가 성장이 제한될 때까지 빠르게 확대됩니다. 궁극적으로 원래의 결정립계는 그림에서 사라지고 새로운 결정화된 구조는 (d)에 표시되며 원래의 결정립은 도면에서 점선으로 표시됩니다. 실제로 재결정화는 새로운 구조를 생성하지 않지만 동일한 구조의 새로운 입자 또는 결정을 생성합니다.

본질적으로 재결정화는 변형된 금속의 원자가 왜곡된 격자의 결합, 등축 결정립의 핵 형성 및 변형된 결정에서 변형되지 않은 결정으로의 원자 이동으로 인한 이러한 결정립의 후속 성장을 극복하게 하는 것으로 구성됩니다. 미세하게 입자는 미세화되어 그림 2.11과 같이 섬유와 유사한 모양을 얻습니다.

결정화가 일어나는 온도, 즉 새로운 결정립이 형성되는 온도를 재결정화 온도라고 합니다. 이는 냉간 가공된 재료의 50%가 1시간 내에 재결정되는 온도로 정의됩니다.

성장

곡물 성장이란 무엇입니까?

재료가 재결정된 후 추가적인 소둔으로 인해 평균 입자 크기가 증가하는 것을 말합니다. 작은 알갱이는 큰 알갱이보다 자유 에너지가 적습니다. 더 높은 에너지 원자를 가진 더 작은 결정은 더 큰 결정의 일부가 되는 경향이 있습니다. 이 성향은 곡물 성장을 촉진합니다. .

작업 프로세스

금속이 재결정된 직후에는 입자가 작고 모양이 다소 규칙적입니다. 온도가 충분히 높거나 온도가 재결정화에 필요한 최소값을 초과하면 입자가 자랍니다. 이러한 성장은 더 안정적이고 더 큰 상태로 돌아가려는 경향의 결과이며 주로 곡물의 모양에 의존하는 것으로 보입니다.

재결정 온도보다 높은 온도의 경우 일반적으로 그 온도에서 얼마나 오래 유지되더라도 입자가 평형에 도달하고 눈에 띄게 성장을 멈추는 실제 최대 크기가 있습니다. 그러나 불균일한 불순물 분포로 인한 변형률의 인가 또는 잔류 기울기의 결과로 발생하고 매우 큰 단일 입자 성장을 허용하는 특정 종류의 비정상적인 입자 성장이 있습니다.

입자 크기 조절에 영향을 미치는 요인

1. 이전 변형 정도

이전 변형의 증가된 양은 핵 생성을 촉진하고 최종 입자 크기를 줄입니다. 재결정이 일어나기 전에 어느 정도의 변형이 필요합니다. 이는 전체 변형의 약 2.8%입니다. 변형이 작을 때(그러나 최소 변형보다 크면) 적은 수의 핵이 형성되기 때문에 입자 크기가 조대합니다. 변형이 증가함에 따라 왜곡된 점의 수가 증가하여 입자 크기가 감소합니다.

2. 온도

재결정이 일어나지 않는 온도가 있습니다. 이 온도 이상에서 입자 크기가 점차 증가합니다.

3. 난방

입자 크기에 대한 가열 시간의 영향은 재결정이 일어나는 온도에 의해 결정됩니다. 재결정화는 완료하는 데 일정 시간이 걸리지만 이 시간은 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 입자 크기가 미세할수록 어닐링 시간이 짧아집니다. 어닐링 시간이 길어질수록 입자가 거칠어집니다. 천천히 가열하면 새로운 핵이 형성되어 입자 성장이 촉진되어 입자가 거칠어집니다.

4. 불순물

더 미세한 입자 크기는 더 많은 양과 더 미세한 불순물 분포와 함께 존재할 것입니다. 불순물은 핵 생성을 촉진하고 입자 성장을 방해하는 역할을 합니다.

회수 재결정화 및 입자 성장에 대한 온도의 영향

그림 3.21은 다양한 현상이 기계적 및 물리적 특성에 미치는 영향을 요약한 것입니다.

질문. 다음 중 회수 재결정화 및 결정립 성장이 일어나는 과정은 무엇입니까?
a) 표면 경화
b) 템퍼링
다) 강화
d) 어닐링

답변:- D

설명:- 어닐링 과정에서 결정은 회복 재결정화와 결정립 성장이라는 3단계를 차례로 거칩니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

회수와 재결정의 차이점은 무엇입니까?

복구 – 냉간 가공된 소재의 강도를 저하시키지 않으면서 변형 시 발생하는 잔류 응력을 제거하도록 설계된 저온 어닐링 열처리입니다.

재결정 온도 – 어닐링 동안 변형 경화 효과가 제거되는 온도입니다.

회수 재결정과 입자 성장의 차이점은 무엇입니까?

복구 낮은 온도에서 발생하며 가공 경화 효과를 줄이거나 없앱니다.

재결정 기존 매트릭스에서 새로운 입자의 생성 및 변형 없는 성장을 추진하기에 충분한 열 에너지를 사용할 수 있을 때 발생합니다.

입자 성장 결정립계가 제거됨에 따라 재결정 이후에 계속된 고온의 결과로 이전 오스테나이트 결정립 크기와 상관없이 현재 결정립 크기가 증가합니다.

복구에 냉간 작업이 필요한 이유는 무엇입니까?

냉간 가공은 재료의 강도를 증가시키지만 연성과 전기 전도성을 감소시킵니다. 또한 전위의 중첩 및 얽힘으로 인해 잔류 응력이 재료에 도입됩니다.

재결정화 및 입자 성장의 원동력은 무엇입니까?

연속적(정상적 결정립 성장) 또는 불연속적(비정상적 결정립 성장) 결정립 성장의 원동력은 높은 각도 경계의 에너지입니다. 재결정이 발생하는 주요 원동력은 변형 중에 결정 결함의 형태로 저장된 에너지입니다.