Сл.4.Природа вторичной рекристаллизации

Эксперименты показывают, что во всех случаях обязательным условием развития вторичной рекристаллизации является так называемая стабилизация матрицы, т. е. сильное торможение роста большинства зерен, образовавшихся при первичной рекристаллизации. Если матрица в целом стабилизирована, то рост отдельных зерен имеет место из-за их незаторможенности, что составляет сущность вторичной рекристаллизации.

Следовательно, при анализе причин вторичной рекристаллизации в каждом конкретном случае необходимо установить,

во-первых, почему стабилизирована матрица и,

во-вторых, почему отдельные зерна могут беспрепятственно расти, поедая стабилизированную матрицу.

Причинами стабилизации рекристаллизованной матрицы могут быть:

а) дисперсные частицы или сегрегации примесей на границах;

б) «текстурное торможение» и

в) «эффект толщины».

Роль торможения дисперсными частицами, «текстурного торможения» и «эффекта толщины» доказана экспериментально в разных конкретных случаях вторичной рекристаллизации.

Более сложно выяснить, какие из рекристаллизованных зерен в стабилизированной матрице могут быстро расти, т. е. служат центрами вторичной рекристаллизации.

При этом важно понять, почему они способны превзойти по размеру своих соседей на начальной стадии вторичной рекристаллизации. Последующий их рост вполне понятен, так как границы крупного зерна обращены вогнутостью в сторону мелких зерен (см. зерна 10 и 50 на рис. 24) и должны мигрировать по направлению к своему центру кривизны.

При выпрямлении границ крупного зерна в тройных стыках его с мелкими зернами нарушается равновесие сил поверхностного натяжения и тройные стыки перемещаются в сторону мелких зерен, приближая углы встречи трех границ к 120°. При этом границы вновь оказываются вогнутыми в сторону мелких зерен и вновь выпрямляются миграцией и т. д. Таким путем крупное зерно непрерывно растет, поедая мелкие зерна, пока все они не исчезнут.

Мы уже рассматривали такой механизм. Он аналогичен процессу укрупнения зерен при собирательной рекристаллизации. Отличие в том, что растут немногие зерна в окружении множества мелких, рост которых сильно заторможен.

Какие же зерна в стабилизированной матрице на начальной стадии вторичной рекристаллизации имеют возможность превзойти своих соседей по размеру, т. е. являются потенциальными центрами вторичной рекристаллизации.

Если матрица стабилизирована дисперсными частицами второй фазы, то в силу случайных обстоятельств из-за неравномерности распределения этих частиц границы отдельных зерен могут быть значительно слабее заблокированы, чем границы большинства зерен, и такие зерна способны к избирательному росту.

Тормозящее действие частиц зависит от их дисперсности, объемной доли и характера распределения, способности к коагуляции и растворению. Если тормозящее влияние слабое, то матрица недостаточно стабилизирована и происходит нормальный равномерный рост зерен. Если тормозящее действие частиц чрезмерно сильное, например объемная доля их очень большая, то матрица так «перестабилизирована», что не находится зерен, способных к росту и вторичная рекристаллизация не идет.

Сл.5. Если причиной стабилизации матрицы служит совершенная текстура, возникшая при первичной рекристаллизации, то большинство зерен разделено границами с небольшим углом разориентировки и соответственно с низкой зернограничной энергией, вследствие чего эти границы малоподвижны. В условиях «текстурного торможения» к избирательному росту способны те немногие зерна, ориентировка которых сильно отличается от главной ориентировки стабилизированной матрицы.

Когда матрица стабилизирована из-за «эффекта толщины», т.е. из-за закрепления границ зерен в тонких листах канавками термического травления в местах выхода границ на поверхность листа, то решающее влияние на скорость роста оказывает энергия свободной поверхности зерен.

Например, у кристаллов трансформаторной стали (Fe+ 3% Si) грани {110} обладают минимальной поверхностной энергией. Поэтому рост кристаллов, у которых грани {110} совпадают с поверхностью листа, будет энергетически выгоден по сравнению с ростом всех других кристаллов.