Recristalización dinámica
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La recristalización dinámica (DRX) es un tipo de proceso de recristalización , que se encuentra dentro de los campos de la metalurgia.y geología. En la recristalización dinámica, a diferencia de la recristalización estática, la nucleación y el crecimiento de nuevos granos se produce durante la deformación en lugar de después como parte de un tratamiento térmico separado. La reducción del tamaño del grano aumenta el riesgo de deslizamiento del límite del grano a temperaturas elevadas, al mismo tiempo que disminuye la movilidad de dislocación dentro del material. Los nuevos granos se tensan menos, provocando una disminución en el endurecimiento de un material. La recristalización dinámica permite nuevos tamaños de grano y orientación, lo que puede prevenir la propagación de grietas. En lugar de deformar y hacer que el material se fracture, la deformación puede iniciar el crecimiento de un nuevo grano, consumiendo átomos de granos vecinos preexistentes. Después de la recristalización dinámica, aumenta la ductilidad del material. [1]

En una curva de tensión-deformación , el inicio de la recristalización dinámica puede reconocerse por un pico distinto en la tensión de flujo en los datos de trabajo en caliente , debido al efecto de ablandamiento de la recristalización. Sin embargo, no todos los materiales muestran picos bien definidos cuando se prueban en condiciones de trabajo calientes. La aparición de DRX también se puede detectar desde el punto de inflexión en los gráficos de la tasa de endurecimiento por deformación frente a la tensión. Se ha demostrado que esta técnica se puede utilizar para establecer la aparición de DRX cuando esto no se puede determinar de forma inequívoca a partir de la forma de la curva de flujo.

Si aparecen oscilaciones de tensión antes de alcanzar el estado estable, se producen varios ciclos de recristalización y crecimiento de granos y se dice que el comportamiento de tensión es del tipo cíclico o de picos múltiples. El comportamiento particular de la tensión antes de alcanzar el estado estable depende del tamaño de grano inicial , la temperatura y la velocidad de deformación .

DRX puede ocurrir en varias formas, que incluyen:

La recristalización dinámica depende de la velocidad de creación y movimiento de la dislocación. También depende de la tasa de recuperación (la tasa a la que se aniquilan las dislocaciones). La interacción entre el endurecimiento por trabajo y la recuperación dinámica determina la estructura del grano. También determina la susceptibilidad de los granos a varios tipos de recristalización dinámica. [1] Independientemente del mecanismo, para que ocurra la cristalización dinámica, el material debe haber experimentado una deformación crítica. El tamaño de grano final aumenta con el aumento de la tensión. Para lograr estructuras de grano muy fino, las tensiones deben ser elevadas. [2]

Algunos autores han utilizado el término 'postdinámico' o 'metadinámico' para describir la recristalización que se produce durante la fase de enfriamiento de un proceso de trabajo en caliente o entre pasadas sucesivas. Esto enfatiza el hecho de que la recristalización está directamente relacionada con el proceso en cuestión, al tiempo que se reconoce que no hay deformación concurrente.

Recristalización dinámica geométrica (GDRX)

La recristalización dinámica geométrica se produce en granos con estrías locales. Tras la deformación, los granos sometidos a GDRX se alargan hasta que el grosor del grano cae por debajo de un umbral (por debajo del cual los límites de las estrías se cruzan y los granos pequeños se pellizcan en granos equiaxiales). [1] Las estrías pueden ser anteriores a las tensiones que se ejercen sobre el material o pueden resultar de la deformación del material. [3]

La recristalización dinámica geométrica tiene 6 características principales: [3]

  • Generalmente ocurre con deformación a temperaturas elevadas, en materiales con alta energía de falla de apilamiento.
  • El estrés aumenta y luego disminuye a un estado estable
  • La formación de subgranos requiere una deformación crítica
  • La desorientación del subgrano alcanza un máximo de 2˚
  • Hay poco cambio de textura.
  • La fijación de los límites de los granos provoca un aumento de la deformación requerida

Si bien GDRX se ve afectado principalmente por el tamaño de grano inicial y la deformación (dependiente de la geometría), otros factores que ocurren durante el proceso de trabajo en caliente complican el desarrollo de modelos predictivos (que tienden a simplificar demasiado el proceso) y pueden conducir a una recristalización incompleta. [3]  La formación de grano equiaxial no se produce de forma inmediata y uniforme a lo largo de todo el grano una vez que se alcanza el umbral de tensión, ya que las regiones individuales están sujetas a diferentes deformaciones / tensiones. En la práctica, un borde generalmente sinusoidal (como lo predijeron Martorano et al.) Se forma gradualmente a medida que los granos comienzan a pellizcarse a medida que alcanzan el umbral. [4]   Los modelos más sofisticados consideran geometrías de grano iniciales complejas, [5]presiones locales a lo largo de los límites de los granos y la temperatura de trabajo en caliente, [4] pero los modelos no pueden hacer predicciones precisas a lo largo de todo el régimen de esfuerzos y la evolución de la microestructura general. Además, los límites de grano pueden migrar durante GDRX a altas temperaturas y curvaturas GB, arrastrando a lo largo de los límites de subgranos y dando como resultado un crecimiento no deseado del grano original. Este nuevo grano más grande requerirá mucha más deformación para que ocurra GDRX, y el área local será más débil en lugar de fortalecida. [6]   Por último, la recristalización se puede acelerar a medida que los granos se desplazan y se estiran, lo que hace que los límites de los subgranos se conviertan en límites de los granos (aumentos de ángulo). Los granos afectados son más delgados y más largos, por lo que se deforman más fácilmente.[7]

Recristalización dinámica discontinua

La recristalización discontinua es heterogénea; hay distintas etapas de nucleación y crecimiento. Es común en materiales con baja energía de falla de apilamiento. Luego se produce la nucleación, generando nuevos granos libres de deformaciones que absorben los granos deformados preexistentes. Ocurre más fácilmente en los límites de los granos, disminuyendo el tamaño del grano y aumentando así la cantidad de sitios de nucleación. Esto aumenta aún más la tasa de recristalización dinámica discontinua. [3]

La recristalización dinámica discontinua tiene 5 características principales: [3]

  • La recristalización no se produce hasta que se alcanza el umbral de deformación.
  • La curva de tensión-deformación puede tener varios picos; no existe una ecuación universal
  • La nucleación generalmente ocurre a lo largo de los límites de grano preexistentes.
  • Las tasas de recristalización aumentan a medida que disminuye el tamaño de grano inicial.
  • Hay un tamaño de grano constante que se aproxima a medida que avanza la recristalización.

La recristalización dinámica discontinua es causada por la interacción del endurecimiento por trabajo y la recuperación. Si la aniquilación de las dislocaciones es lenta en relación con la velocidad a la que se generan, las dislocaciones se acumulan. Una vez que se alcanza la densidad de dislocación crítica, se produce la nucleación en los límites de los granos. La migración de los límites del grano, o la transferencia de átomos de un gran grano preexistente a un núcleo más pequeño, permite el crecimiento de nuevos núcleos a expensas de los granos preexistentes. [3]La nucleación puede ocurrir a través del abultamiento de los límites de grano existentes. Se forma una protuberancia si los subgranos colindantes con un límite de grano son de diferentes tamaños, lo que provoca una disparidad en la energía de los dos subgranos. Si la protuberancia alcanza un radio crítico, pasará con éxito a un núcleo estable y continuará su crecimiento. Esto se puede modelar utilizando las teorías de Cahn relativas a la nucleación y el crecimiento. [2]

La recristalización dinámica discontinua normalmente produce una microestructura en forma de "collar". Dado que el crecimiento de nuevos granos es energéticamente favorable a lo largo de los límites de los granos, la formación de nuevos granos y el abultamiento se producen preferentemente a lo largo de los límites de granos preexistentes. Esto genera capas de granos nuevos y muy finos a lo largo del límite del grano que inicialmente no afecta el interior del grano preexistente. A medida que continúa la recristalización dinámica, consume la región no recristalizada. A medida que continúa la deformación, la recristalización no mantiene la coherencia entre capas de nuevos núcleos, lo que produce una textura aleatoria. [8]

Recristalización dinámica continua

La recristalización dinámica continua es común en materiales con altas energías de falla de apilamiento. Ocurre cuando los límites de grano de ángulo bajo se forman y evolucionan hacia límites de ángulo alto, formando nuevos granos en el proceso. Para la recristalización dinámica continua no existe una distinción clara entre las fases de nucleación y crecimiento de los nuevos granos. [3]

La recristalización dinámica continua tiene 4 características principales: [3]

  • A medida que aumenta la tensión, aumenta el estrés
  • A medida que aumenta la tensión, aumenta la desorientación de los límites del subgrano
  • A medida que los límites de grano de ángulo bajo evolucionan hacia límites de grano de ángulo alto, la desorientación aumenta de manera homogénea.
  • A medida que aumenta la deformación, el tamaño de los cristalitos disminuye.

Hay tres mecanismos principales de recristalización dinámica continua:

Primero, la recristalización dinámica continua puede ocurrir cuando los límites de grano de ángulo bajo se ensamblan a partir de dislocaciones formadas dentro del grano. Cuando el material se somete a una tensión continua, el ángulo de desorientación aumenta hasta que se logra el ángulo crítico, creando un límite de grano de ángulo alto. Esta evolución se puede promover mediante la fijación de límites de subgranos. [3]

En segundo lugar, la recristalización dinámica continua puede ocurrir a través de la recristalización por rotación de subgranos ; los subgranos giran aumentando el ángulo de desorientación. Una vez que el ángulo de desorientación excede el ángulo crítico, los subgranos anteriores califican como granos independientes. [3]

En tercer lugar, puede producirse una recristalización dinámica continua debido a la deformación causada por bandas de microcizallamiento . Los subgranos se ensamblan por dislocaciones dentro del grano formado durante el endurecimiento por trabajo. Si se forman bandas de microcizalla dentro del grano, la tensión que introducen aumenta rápidamente la desorientación de los límites de grano de ángulo bajo, transformándolos en límites de grano de ángulo alto. Sin embargo, el impacto de las bandas de microcizallamiento está localizado, por lo que este mecanismo afecta preferentemente a las regiones que se deforman de forma heterogénea, como las bandas de microcizallamiento o áreas cercanas a los límites de grano preexistentes. A medida que avanza la recristalización, se extiende desde estas zonas, generando una microestructura homogénea equiaxial. [3]

Fórmulas matemáticas

Con base en el método desarrollado por Poliak y Jonas, se desarrollan algunos modelos para describir la deformación crítica para la aparición de DRX en función de la deformación máxima de la curva tensión-deformación. Los modelos se derivan para los sistemas con pico único, es decir, para los materiales con valores de energía de falla de apilamiento medios a bajos. Los modelos se pueden encontrar en los siguientes artículos:

El comportamiento de DRX para sistemas con múltiples picos (y también con un solo pico) se puede modelar considerando la interacción de múltiples granos durante la deformación. Es decir. el modelo de conjunto describe la transición entre el comportamiento de pico único y de pico múltiple en función del tamaño de grano inicial. También puede describir el efecto de cambios transitorios de la tasa de deformación en la forma de la curva de flujo. El modelo se puede encontrar en el siguiente documento:

Literatura

  • Un enfoque de un solo miembro para determinar las condiciones críticas para el inicio de la recristalización dinámica , inicio de DRX
  • Análisis de la curva de flujo de acero inoxidable 17–4 PH bajo prueba de compresión en caliente , estudio integral de DRX
  • Relaciones constitutivas para modelar el flujo caliente de cobre de pureza comercial, capítulo 6 , tesis doctoral de VG García, UPC (2004)
  • Una revisión de los fenómenos de recristalización dinámica en materiales metálicos , último artículo de revisión sobre DRX
  • Un modelo de autómata celular de recristalización dinámica: Introducción y código fuente , Software que simula DRX por CA: Introducción, Video de la ejecución del software

Referencias

  1. ↑ a b c McQueen, HJ (8 de diciembre de 2003). "Desarrollo de la teoría de la recristalización dinámica". Ciencia e ingeniería de materiales: A : 203–208 - a través de Elsevier Science Direct.
  2. ^ a b Roberts, W .; Ahlblom, B. (28 de abril de 1997). "Un criterio de nucleación para la recristalización dinámica durante el trabajo en caliente". Acta Metallurgica . 26 (5): 801–813. doi : 10.1016 / 0001-6160 (78) 90030-5 - a través de Elsevier Science Direct.
  3. ^ a b c d e f g h i j k Huang, K .; Logé, RE (29 de agosto de 2016). "Una revisión de los fenómenos de recristalización dinámica en materiales metálicos". Materiales y Diseño . 111 : 548–574. doi : 10.1016 / j.matdes.2016.09.012 - a través de Elsevier Science Direct.
  4. ^ a b Martorano, MA; Padilha, AF (1 de septiembre de 2008). "Modelado de la migración del límite de grano durante la recristalización dinámica geométrica" . Cartas de revistas filosóficas . 88 (9-10): 725-734. doi : 10.1080 / 09500830802286951 . ISSN 0950-0839 . 
  5. ^ Pari, Luigi De; Misiolek, Wojciech Z. (1 de diciembre de 2008). "Predicciones teóricas y verificación experimental de la evolución de la estructura del grano superficial para AA6061 durante el laminado en caliente" . Acta Materialia . 56 (20): 6174–6185. doi : 10.1016 / j.actamat.2008.08.050 . ISSN 1359-6454 . 
  6. ^ Pettersen, Tanja; Nes, Erik (1 de diciembre de 2003). "Sobre el origen del ablandamiento por deformación durante la deformación del aluminio en torsión a grandes deformaciones" . Metalúrgica y de Materiales A Transacciones . 34 (12): 2727–2736. doi : 10.1007 / s11661-003-0174-1 . ISSN 1543-1940 . 
  7. ^ Gourdet, S .; Montheillet, F. (23 de mayo de 2003). "Un modelo de recristalización dinámica continua" . Acta Materialia . 51 (9): 2685–2699. doi : 10.1016 / S1359-6454 (03) 00078-8 . ISSN 1359-6454 . 
  8. ^ Ponge, D .; Gottstein, G. (18 de diciembre de 1998). "Formación de collar durante la recristalización dinámica: mecanismos e impacto en el comportamiento de flujo". Acta Materialia . 46 : 69–80. doi : 10.1016 / S1359-6454 (97) 00233-4 - a través de Elsevier Science Direct.
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