منابع و ماخذ مقاله تغییرات ساختاری و دانه بندی

حین تغییر شکل پلاستیک فلزات مقدار زیادی از کار اعمالی به صورت گرما درآمده و هدر می رود و فقط بین 1% تا 10% کار اعمالی به صورت انرژی ذخیره شده در فلزات باقی می ماند]41و42[. این انرژی ذخیره شده در اثر تولید نواقص نقطه ای و نابجایی ها حین تغییر شکل پلاستیک می باشد. از آنجاییکه در دماهای معمولی نیز تحرک نواقص نقطه ای بالا است، این نواقص نقش مهمی در انرژی ذخیره شده نداشته و معمولا کل انرژی ذخیره شده به تجمع نابجایی ها در ماده نسبت داده می شود]41[. گزارش شده است که انرژی نابجایی بر واحد طول خط نابجایی با رابطه زیر بیان می گردد]41و43-45[.

که α2 برای نابجایی پیچی و پله ای به ترتیب برابر 1 و ν-1 است که ν ضریب پواسان می باشد. R شعاع خارجی و R0 شعاع هسته نابجایی هستند. مقدار انرژی هسته نابجایی را می توان برابر با Gb2/10، r0 را برابر با b/2 و R را بین 200 آنگستروم و 1 میکرومتر انتخاب نمود]43و44[.
با قرار دادن مقادیر واقعی پارامترهای موجود در رابطه بالا، این رابطه به صورت زیر خلاصه می شود]41،44و45[.
Edis=αGb2
Widget not in any sidebars

که α یک ثابت برابر با 5/0 است.
اگر دانسیته نابجایی در فلز ρ در نظر گرفته شود، مقدار انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شکل پلاستیک با رابطه زیر محاسبه می گردد]41[.
Es=αρGb2
11-2- عملیات حرارتی آنیل فلزات تغییر شکل پلاستیک یافته
همانطور که در بخش های قبلی ذکر گردید، فلزات بعد از تغییر شکل پلاستیک کار سخت شده و استحکام آنها افزایش می یابد. این کار سختی همراه با افزایش تعداد نابجایی ها و دیگر نقص ها در شبکه فلزات است که بطور کلی خواص مکانیکی و فیزیکی آنها را تحت تاثیر قرار می دهند. عملیات حرارتی که پس از تغییر شکل پلاستیک روی فلزات انجام و سبب حذف اثرات تغییر شکل بر خواص می گردد، آنیل نامیده می شود]46[.
در مرحله اول آنیل که خواص مکانیکی و فیزیکی ماده تا حدی تغییر می کند، اما ساختار دانه بندی اولیه ماده طبق مشاهدات متالوگرافی و آنالیزهای اشعه ایکس بدون تغییر باقی می ماند، به عنوان بازیابی شناخته شده است. مرحله بعدی که دانه های جدید جوانه زده و رشد می کنند تا ساختار دانه بندی اولیه بطور کامل از بین رود، تبلور مجدد نامیده می شود. چنانچه عملیات حرارتی ادامه یابد، مهاجرت مرز دانه ها تقریبا با یک نرخ ثابت انجام شده و اندازه دانه ها بطور یکنواخت رشد نرمال دارند. در بعضی از شرایط این امکان وجود دارد که مهاجرت تعدادی از مرز دانه ها محدود و در نتیجه فقط بعضی از دانه ها رشد بسیار سریع داشته باشند، که این پدیده رشد غیر نرمال یا تبلور مجدد ثانویه خوانده می شود ]47 [.
1-11-2- بازیابی
در پدیده بازیابی مقداری از خواص فیزیکی و مکانیکی فلز تغییر شکل پلاستیک یافته به حالت اولیه ماده باز می گردد. علت اصلی آن از بین رفتن نواقص نقطه ای ایجاد شده در اثر تغییر شکل پلاستیک و خنثی شدن تعدادی از نابجایی ها و منظم شدن آنها نسبت به یکدیگر می باشد. بیشترین اثر بازیابی بر خواص فیزیکی ماده و کمترین اثر آن بر خواص مکانیکی است. در اثر تغییر شکل پلاستیک و شکل گیری نواقص نقطه ای مقاومت الکتریکی ماده افزایش می یابد که در پدیده بازیابی مجددا مقاومت الکتریکی کاهش و به حالت اولیه خود نزدیک می شود. اما در اثر خنثی شدن تعداد کمی از نابجایی ها به مقدار ناچیزی افت در سختی و استحکام ماده رخ می دهد. شکل 29-2 حرارت تولید شده ناشی از آنیل آلومینیوم 998/99% تغییر شکل یافته در دمای محیط را نشان می دهد. دو محدوده در این منحنی مشاهده می گردد که قسمت اول آن در محدوده دمایی °C100- °C200 مربوط به بازیابی و پیک مربوط به دمای °C300 نمایانگر حرارت تولید شده در اثر تبلورمجدد است]41[. در شکل مذکور مشاهده می گردد که در محدوده بازیابی مقاومت الکتریکی کاهش و مقدار سختی نیز افت ناچیزی دارد.

شکل 29-2: اثر دما بر حرارت تولید شده، مقاومت الکتریکی و سختی
آلومینیوم 998/99% با 75% تغییر شکل در فشار]41 [.
1-1-11-2- عوامل موثر بر بازیابی
عوامل مختلفی بر رخداد پدیده بازیابی موثرند که می توان به عواملی مانند میزان کرنش، دما و ذات ماده اشاره کرد که به شرح آنها پرداخته نمی شود]41،48و49[.
2-1-11-2- تغییرات ساختاری حین بازیابی
فلزات پس از اینکه تحت تغییر شکل پلاستیک قرار می گیرند، دانسیته نابجایی ها در آنها افزایش و جنگل نابجایی ها شکل می گیرد و با ادامه تغییر شکل پلاستیک در فلزات با انرژی نقص چیدن بالا سلول هایی از نابجایی ها تشکیل می گردد که در دیواره آنها دانسیته نابجایی ها نسبت به مناطق درونی بسیار بالاتر است]47[. حین بازیابی تعدادی از نابجایی ها با علائم متفاوت یکدیگر را خنثی نموده و نابجایی ها روی دیواره سلول ها نسبت به هم در حالت مینیمم انرژی قرار گرفته و منظم می شوند. در این شرایط دیواره سلول ها به صورت مرزهای فرعی در آمده و سلول ها تبدیل به دانه های فرعی هم محور می گردند]47[. اما در فلزات با انرژی نقص چیدن پایین مثل مس و نقره پس از تغییر شکل پلاستیک نابجایی ها بیشتر به صورت جنگل دیده شده و سلول های نابجایی به وضوح تشکیل نمی گردد و در صورت تشکیل، دانسیته نابجایی روی دیواره و مناطق درونی سلول تفاوت محسوسی ندارد. همچنین به دلیل صعود و لغزش تقاطعی محدود نابجایی ها در این فلزات مرزهای فرعی تشکیل نمی شود و در نتیجه پدیده بازیابی و تغییرات ساختاری مربوطه رخ نمی دهد]41و46-48[.
در فلزاتی که حین بازیابی دانه های فرعی در آنها مشاهده می گردد، با ادامه عملیات بازیابی این دانه ها می توانند رشد کنند و به این صورت تنش سیلان ماده کاهش می یابد. اندازه مرز دانه های فرعی طبق رابطه زیر می توانند تنش سیلان ماده تحت بازیابی را تعیین نمایند]47[: