22. Как подвижность границ зёрен меняется с температурой?
Подвижность границы А экспоненциально меняется с температурой.
Где Qp – энергия активации, близкая к энергии граничной самодиффузии.
23. Как изменится радиус зерна во времени при отжиге.
Отжигом чистых металлов называется их нагревание до высокой температуры и последующее медленное охлаждение.
Отжиг при достаточно высокой температуре литого чистого металла, состоящего из зёрен, имеющих дендритную структуру, приводит к устранению такой структуры. Это связано с тем, что небольшие количества примесей, распределяются более равномерно в его объёме, а кристаллографическая разориентировка отдельных его частей уменьшается. Если углы между однотипными осями (с одинаковыми индексами) соседних дендритов малы, то дендриты могут объединяться в одно зерно.
При температурах выше 0,3-0,4 Тпл, когда протекает диффузия, происходит грануляция (спрямление границ) и рост зёрен. Движущей силой грануляции является уменьшение свободной зернограничной энергии. Спрямление границ влечёт за собой уменьшение их площади, а, следовательно, и поверхностной энергии. Анизотропией поверхностного натяжения в данном случае можно пренебречь, т.е. принимаем, что она не зависит от конфигурации и положения границы.
Зернограничная энергия уменьшается не только при грануляции, но и при росте зерна. Под ростом зерна в твёрдом металле подразумевается рост одних зёрен за счёт других, благодаря чему средняя величина зерна увеличивается и, следовательно, уменьшается число зёрен и удельная протяжённость их границ.
Процесс роста зёрен часто называют собирательной рекристаллизацией. Собирательная рекристаллизаця идёт при отжиге в металле, осаждённом с помощью электролиза, вакуумным распылением и т.п.
24. Чем отличаются нормальный и аномальный рост зерен?
Разнообразие кривизны границ и контактных углов может привести к тому, что зерно будет расти в определённом направлении за счёт соседних зёрен и одновременно поглощаться другими зёрнами. Результатом является укрупнение зерна. Процесс, при котором все зёрна участвуют в нем, называется нормальным ростом зёрен.
В металле, где нормальный рост зерна при постоянной температуре практически прекращается, дальнейший нагрев может вызвать рост отдельных зёрен. Эти зёрна поглощают все окружающие их зёрна, не способные к росту, и в результате образуется очень грубозернистая структура. При продолжении нагрева или увеличении выдержки крупное зерно будет поглощать мелкие, пока не столкнётся с другим крупным зерном. Такой рост называется аномальным: растут не все, а лишь отдельные зёрна.
25. Практическое использование аномального роста зерен.
При аномальном росте (вторичная рекристаллизация) очень часто образуется текстура. Она иногда резко отличается от текстуры деформации, а иногда – полностью повторяет. (Бывает также, что текстура после рекристаллизации отсутствует). В большинстве металлов с гексагональной решеткой (Mg, Zn, сплавы цинка) текстура деформации и рекристаллизации совпадают, в металлах с ОЦК встречаются оба случая. Текстура вторичной рекристаллизации отличается от текстуры собирательной рекристаллизации. Образование текстуры используют для повышения качества сплавов с особыми физическими свойствами (магнитными, термического расширения, упругими). Все это определяет области применения – там, где требуются сплавы с особыми физическими свойствами, анизотропией (например, трансформаторная сталь, где максимальное значение магнитной проницаемости вдоль оси [100] параллельно направлению магнитного потока).