En metalurgia , ciencia de materiales y geología estructural , la recristalización por rotación de subgranos se reconoce como un mecanismo importante para la recristalización dinámica . Implica la rotación de los límites de sub-grano de ángulo inicialmente bajo hasta que el desajuste entre las redes cristalinas a través del límite sea suficiente para que se consideren como límites de grano . [1] [2] Este mecanismo ha sido reconocido en muchos minerales (incluyendo cuarzo , calcita , olivino , piroxenos , micas, feldespatos , halitas , granates y circones ) y en metales (diversas aleaciones de magnesio , aluminio y níquel ). [3] [4] [5]
Estructura
En metales y minerales, los granos son estructuras ordenadas en diferentes orientaciones cristalinas. Los subgranos se definen como granos que están orientados en un ángulo de <10 a 15 grados en el límite de grano, lo que lo convierte en un límite de grano de ángulo bajo (LAGB). Debido a la relación entre la energía y el número de dislocaciones en el límite de grano, existe una fuerza impulsora para que se formen y crezcan menos límites de grano de ángulo alto (HAGB) en lugar de un mayor número de LAGB. La energía de la transformación depende de la energía interfacial en los límites, la geometría de la celosía (espaciado atómico y plano, estructura [es decir, FCC / BCC / HCP ] del material y los grados de libertad de los granos involucrados ( desorientación , inclinación) El material recristalizado tiene menos área de límite de grano total, lo que significa que la falla por fractura frágil a lo largo del límite de grano es menos probable.
Mecanismo
La recristalización por rotación de subgranos es un tipo de recristalización dinámica continua . La recristalización dinámica continua implica la evolución de granos de ángulo bajo a granos de ángulo alto, aumentando su grado de desorientación. [6] Un mecanismo podría ser la migración y aglomeración de dislocaciones de signo similar en el BALG, seguida de cizallamiento del límite de grano. [7] La transformación ocurre cuando los límites de los subgranos contienen pequeños precipitados, que los fijan en su lugar. A medida que los límites de los subgranos absorben las dislocaciones, los subgranos se transforman en granos por rotación, en lugar de crecimiento. Este proceso generalmente ocurre a temperaturas elevadas, lo que permite que las dislocaciones se deslicen y trepen; a bajas temperaturas, el movimiento de dislocación es más difícil y los granos son menos móviles. [8]
Por el contrario, la recristalización dinámica discontinua implica la nucleación y el crecimiento de nuevos granos, donde debido al aumento de temperatura y / o presión, los nuevos granos crecen en ángulos altos en comparación con los granos circundantes.
Propiedades mecánicas
La resistencia del grano generalmente sigue la relación Hall-Petch , que establece que la resistencia del material disminuye con la raíz cuadrada del tamaño del grano. Un mayor número de subgranos más pequeños conduce a un mayor límite de fluencia , por lo que algunos materiales pueden fabricarse a propósito para tener muchos subgranos, y en este caso debe evitarse la recristalización por rotación de subgranos.
Los precipitados también pueden formarse en los límites de los granos. Se ha observado que los precipitados en los límites de los subgranos crecen en una forma más alargada paralela a los granos adyacentes, mientras que los precipitados en HAGB son más bloqueantes. Esta diferencia en la relación de aspecto puede proporcionar diferentes efectos de refuerzo al material; Los precipitados largos en forma de placa en el BGAL pueden deslaminarse y causar fallas por fragilidad bajo tensión. La recristalización de rotación de subgranos reduce el número de LAGB, reduciendo así el número de precipitados largos y planos, y también reduciendo el número de vías disponibles para esta falla frágil.
Técnicas experimentales
Se pueden observar diferentes granos y sus orientaciones utilizando técnicas de microscopio electrónico de barrido (SEM) como la difracción por retrodispersión de electrones (EBSD) o la microscopía óptica polarizada (POM). Las muestras se laminan inicialmente en frío o en caliente para introducir un alto grado de densidad de dislocación y luego se deforman a diferentes velocidades de deformación para que se produzca la recristalización dinámica. La deformación puede ser en forma de compresión, tensión o torsión. [6] Los granos se alargan en la dirección de la tensión aplicada y el ángulo de desorientación de los límites de los subgranos aumenta. [8]
Referencias
- ^ Li, JCM (1962). "Posibilidad de rotación de subgranos durante la recristalización". Revista de Física Aplicada . 33 (10): 2958-2965. Código bibliográfico : 1962JAP .... 33.2958L . doi : 10.1063 / 1.1728543 .
- ^ Urai, JL " Recristalización dinámica de minerales" .
- ^ Microtectónica de CWPasschier y RAJTrouw, 2ª rev. y edición ampliada, 2005, XVI, 366 p., 322 illus., con CD
- ^ Estructura de la Tierra: una introducción a la geología estructural y la tectónica, BA Van Der Pluijm & S. Marshak, 2da edición, 2004, 656 p.
- ^ Drury, MR; Pennock, GM (2007). "Recristalización de rotación de subgranos en minerales". Foro de ciencia de materiales . 550 : 95-104. doi : 10.4028 / www.scientific.net / MSF.550.95 . S2CID 135523964 .
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- ^ Fasan, B .; Sherby, O .; Dorn, J. (1953). "Algunas observaciones sobre la cizalladura del límite de grano durante la fluencia" (PDF) . Revista de metales . 6 (8): 919–922. doi : 10.1007 / BF03398039 .
- ^ a b Yan, L; Shen, J. (2010). "Recristalización dinámica de la aleación de aluminio 7055 durante la deformación en caliente". Foro de ciencia de materiales . 650 : 295-301. CiteSeerX 10.1.1.662.6627 . doi : 10.4028 / www.scientific.net / MSF.650.295 . S2CID 137549993 .