up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله دانه هاي فلزي PDF
QR code - دانه هاي فلزي

دانه هاي فلزي

تبلور دانه هاي فلزي

در فرايندهاي تغيير شکل فلزات در دماي معمولي محيط تا دماهاي کمتر از نصف دماي ذوب فلز، با ازدياد تغيير شکل، چگالي نابجاييها افزايش مي يابد. اما با تجمع نابجاييها پشت موانعي از قبيل ناخالصيها و مرزدانه ها و همچنين تلاقي آنها ، از تحرک نابجائيها کاسته مي شود و در نتيجه استحکام و حد تسليم افزايش و انعطاف پذيري کاهش مي يابد. انرژي داخلي فلز تغيير شکل سرد يافته بيشتر از فلز تغيير شکل نيافته است. ساختار شبکه نابجايي حاصل از فلز تغيير شکل يافته از لحاظ مکانيکي پايدار اما از لحاظ ترموديناميکي ناپايدار است. پديده کار سختي و يا کرنش سختي که در حين تغيير شکل سرد رخ مي دهد، مي تواند از طريق انجام پديده متقابلي به نام پديده نرم شدن (softening) که با تغيير آرايش و چگالي نابجايي همراه است، جبران شود. بنابراين مي توان با حرارت دادن نمونه تغيير شکل سرد يافته و افزايش دما، آن را از حالت پايداري مکانيکي خارج و شرايط را براي انجام پديده نرم شدن فراهم آورد. در اينجا پديده هاي مهمي که منجر به نرم شدن فلز تغيير شکل يافته مي شوند، بازيابي و تبلور مجدد هستند. بازيابي در فلزات با stacking fault energy يا S.F.E بالا مثل آلياژهاي آلومينيم، راحت تر رخ مي دهد و شامل نفوذ اتمها و جاي خالي، و صعود و حرکت نابجاييها است که منجر به آرايش خاصي در موقعيت نابجاييها مي شود؛ به گونه اي که ساختار حاصل شبکه چند ضلعي با مرز دانه هاي فرعي يا مرز هاي با زوايه کم را مي سازد.
در مقابل تبلور مجدد يا recrystallization در فلزات با شبکه F.C.C که S.F.E پاييني دارند (مثل مس ) اتفاق مي افتد. تشکيل دانه هاي هم محور جديد در مرحله گرم کردن، بجاي ساختمان فلز تغيير شکل يافته، تبلور مجدد ناميده مي شود. در فلزي مانند مس بازيابي نقصهاي نقطه اي در دماي محيط انجام مي شود براي مشاهده آن مي توان مقاومت الکتريکي مس نورد شده را در دماي محيط و دمايي حدود ۵ درجه سانتيگراد با هم مقايسه کرد.
تبلور مجدد عبارتست از جايگزيني ساختار کار سرد شده با دسته جديدي از دانه هاي فاقد کرنش. اين پديده با کاهش سختي و استحکام و افزايش نرمي اثبات مي شود. چگالي نابجاييها در اين پديده به شدت کم شده و آثار کارسختي حذف مي گردد.
فرايند تبلور مجدد شامل جوانه زني يک ناحيه فاقد کرنش است که مرز آن مي تواند زمينه داراي کرنش را ضمن حرکت به درون ماده فاقد کرنش دگرگون کند. با رشد مرز از جوانه ها، نابجاييها يکديگر را خنثي کرده و حذف مي شوند.
در حدود ۲ الي ۳ درصد کرنش، دانسيته نابجاييها در داخل دانه و مرز دانه يکسان است و نشانه توزيع يکنواخت کرنش در ساختار است. اما در اثر تغيير شکل زياد، دانسيته نابجاييها در مرز دانه بيشتر شده و توزيع کرنش در ساختار ناهمگن تر مي شود، در اين حالت دو برابر انرژي مرز دانه انرژي ذخيره شده خواهيم داشت.
▪ عوامل موثر بر تبلور مجدد عبارتند از:
۱) ميزان تغيير شکل يا کرنش اعمالي،
۲) درجه حرارت،
۳) مدت زمان نگهداشتن در دماي تبلور مجدد،
۴) اندازه دانه اوليه،
۵) آناليز شيميايي فلز،
۶) ميزان بازيابي قبل از شروع تبلور مجدد.
▪ توجه به نکات زير در پديده recrystallization ضروري بنظر مي رسد:
تبلور مجدد فقط در صورتي مي تواند انجام گيرد که مقدار حداقل تغيير شکل معيني انجام گرفته باشد.
هر چقدر ميزان اين تغيير شکل بيشتر باشد، دماي پايين تري براي تبلور مجدد مورد نياز است و دانه تبلور يافته نيز کوچکتر خواهد شد.
با کاهش دماي تبلور مجدد مدت زمان حرارت دادن طولاني تر مي شود.
اندازه نهايي دانه هاي تبلور مجدد يافته به ميزان کرنش اعمالي و دماي تبلور مجدد بستگي دارد؛
هر چقدر اندازه دانه هاي اوليه کوچکتر باشد، ميزان تغيير شکل مورد نياز براي يک دماي تبلور مجدد معين کوچکتر است.
دماي تبلور مجدد با افزايش ميزان خلوص فلز کاهش مي يابد.
اگر دانه هاي جديد فاقد کرنش در دمايي بيشتر از دماي لازم براي تبلور مجدد حرارت داده شوند، اندازه دانه بسيار زياد خواهد شد.
دماي تبلور مجدد يک دماي ثابتي نيست و به عوامل فوق بستگي دارد، اما در کارهاي عملي دماي تبلور مجدد، دمايي تعريف مي شود که در آن: تبلور مجدد آلياژي که تغيير شکل سرد يافته (به مقدار زياد) در مدت يک ساعت بطور کامل انجام گيرد.
تبلور مجدد را مي توان براي فلزات خالص صنعتي به کمک رابطه T > (۰.۴ ۰.۵) Tm بصورت تقريبي تخمين زد. البته براي مسي که ۲ ۳ درصد کرنش داشته باشد، دماي تبلور مجدد ۰ ۵Tm يعني حدوداً ۴۰۰ درجه سانتيگراد قابل تصور است اما با افزايش ميزان تغيير شکل و مثلاً براي ۹۰ درصد تغيير شکل، دماي تبلور مجدد کاهش يافته و به سمت ۲۰۰ درجه سانتيگراد ميل مي کند.
سينتيک تبلور مجدد: با افزايش دما، افزايش ميزان کرنش، و کاهش اندازه دانه، سرعت پديده تبلور مجدد بيشتر مي شود.
نکته ديگر آنکه ريزساختار تبلور مجدد يافته در حالت تعادل ترموديناميکي نيست. از اين رو با طولاني تر شدن زمان حرارت دهي دانه هاي کريستالي به رشد خود ادامه مي دهند. نيرو محرکه رشد دانه ها، انرژي مرز دانه (کاهش انرژي آزاد) حاصل از کاهش سطح خارجي مرزدانه ها در واحد حجم نسبت به افزايش اندازه دانه است. مرحله رشد دانه به شدت به درجه حرارت بستگي دارد. تبلور مجدد ثانويه نيز در مرحله رشد دانه، شناسايي شده است: در تبلور مجدد ثانويه فقط تعدادي از دانه ها بطور ترجيحي رشد مي کنند، بطوري که در حين تبلور مجدد ثانويه دانه هاي بزرگتر در کنار دانه هاي نسبتاً کوچک تبلور مجدد اوليه شکل مي گيرند.
در فرايند recrystallization فلزاتي چون مس و آهن و آلومينيم، گاهي کريستالهاي جديد در موقعيتهاي مرتبي که تعيين شده است رشد مي کنند، و بافت يا texture تبلور مجدد مي سازند. اين texture اغلب با texture تغيير شکل فرق دارد اما در بعضي موارد ممکن است اين دو يکسان باشند.
اگر ورق مس را پس از نوردکاري سرد تا کاهش مقطع ۸۰ درصد يا بيشتر، آنيل کنند، بافتي مکعبي تشکيل مي دهد که در آن امتدادهاي با امتدادهاي نوردکاري، پهنا و ضخامت ورق همراستا مي باشد در تحقيقي که با همکاري آژانس بين المللي انرژي اتمي و مرکز بين المللي فيزيک تئوري در سال ۱۹۸۷ در مراکز دانشگاهي مصر انجام گرفت، توان اورامي بعنوان پارامتري مستقل از دما در تبلور مجدد مس خالص (حين فرايند آنيل ايزوترمال و ايزوکرونال به معني همدما و همزمان) مورد بررسي قرار گرفت . در اين تحقيق مشاهده شد که جوانه زني مس خالص در دماي ۳۰۰ درجه سانتيگراد آغاز مي شود؛ توان اورامي مستقل از دما و برابر ۱ بدست آمد؛ ضريب ثابت K در معادله اورامي وابسته به دما بوده و با افزايش دما زياد مي شود، اين مقدار براي دماهاي ۳۰۰ و ۳۵۰ درجه سانتيگراد به ترتيب ۰۰۰۲ ۰ و ۰۰۰۷۵ ۰ گزارش شده است؛ در تحقيق ديگري که توسط Kazeminazhad & Karimi Taheri انجام شده است، سيمهاي مسي (مس خالص ۹۹ درصد) نورد تخت (بعنوان يک فرايند تغيير شکل ناهمگن) و سپس آنيل شده ، و تبلور مجدد و توزيع اندازه دانه در نمونه هاي نهايي مورد بررسي قرار گرفته است. انرژي ذخيره شده در نمونه ها بعد از نورد تخت از سطح به مرکز افزايش مي يابد، همچنين کرنش موثر ماکزيمم و مينيمم به ترتيب در مرکز و سطح نمونه ها بدست مي آيند، اين نشانه عدم يکنواختي در توزيع کرنش و انرژي ذخيره شده بعد از نورد تخت در ماده مورد نظر است و مي تواند باعث عدم يکنواختي ساختار بعد از آنيل هم بشود. به دليل دانسيته بالاي جوانه ها در مناطق با انرژي ذخيره شده بيشتر، بعد از فرايند آنيل و وقوع پديده تبلور مجدد، اندازه دانه ها نيز از سطح به مغز نمونه ريزتر مي شوند.
Christian ، توان اورامي (Avrami Exponent) را براي جوانه زني از سايتهاي اشباع در مس و در همه بازه هاي دمايي عدد ۳ و با آناليز دو بعدي تغيير شکل همگن عدد ۲ گزارش کرده است. اما در اين تحقيق با استفاده از شبيه سازي مونت کارلو، و رسم نمودار تغييرات کسر تبلور يافته بر حسب زمان، توان اورامي (شيب نمودار) ۱ بدست آمد که در سازگاري با عدد گزارش شده از Rollett et al. براي تغيير شکل ناهمگن فلزات مي باشد. دليل توان اورامي کوچکتر در تغيير شکلهاي ناهمگن به دليل تبديل تبلور مجدد سريع به تبلور مجدد با سرعت کمتر مي باشد. نمودار تغييرات کسر تبلور يافته بر حسب زمان به شکل S ناقص است که اين امر مي تواند به دليل شيب کم ابتداي تبلور مجدد باشد.
به دليل آنکه سينتيک رشد دانه در دانه هاي ريز بيشتر از دانه هاي درشت است، با افزايش زمان آنيل و رشد دانه، تفاوت بين اندازه دانه ها در مناطق مختلف کمتر مي شود.
اما در تحقيق ديگري که بر روي آلياژ ۵۰۸۳ آلومينيم انجام شده است، کاملاً عکس مشاهدات فوق گزارش شده است: تمرکز بيشتر انرژي ذخيره شده در سطح نمونه هاي نورد شده، به دليل وجود اصطکاک و کرنشهاي برشي در سطح تماس نمونه با غلطک و به دنبال آن اندازه دانه ريزتر در سطح نمونه ها .
در پايان اين نکته را بار ديگر متذکر مي شويم که کنترل فرايندهايي چون تبلور مجدد مي تواند متخصصان شکلدهي فلزات را در بدست آوردن خواص مطلوب بعد از کار گرم ياري رساند.

ديد کلي دانه‌هاي رسوبي از نظر اندازه بسيار متنوع مي‌باشند و در اندازه‌هاي مختلف قابل مشاهده هستند. طبقه بندي دانه‌ها از روي بلندترين قطر آنها صورت مي‌ ...

روزي چند تا ليوان ؟ ۲ ليوان چاي، يک فنجان قهوه ترک کوچک، فقط براي دلخوشي بعدازظهرها، و يکي دو تا ليوان بزرگ قهوه فوري شبانه براي آنکه بيدار بماني و به ...

دانه هاي رسوبي از نظر اندازه بسيار متنوع مي باشند و در اندازه هاي مختلف قابل مشاهده هستند. طبقه بندي دانه ها از روي بلندترين قطر آنها صورت مي گيرد که ...

ذرت گياهي است ازخانواده Poaceae ، دگرگشن مخصوص نواحي گرم ومعتدل. مبدا آن آمريکاي مرکزي وجنوبي است واحتمالاً توسط هجوم استعمارگران وياتوسط زائران مکه و ...

در برخوردهاي روزانه دندان اولين نکته اي است که مخاطب با آن مواجه مي شود، دندان هاي سپيد و دهان خوشبو اولين نکته اي است که مصاحبت با مخاطب رودررو را بر ...

● دانه هاي برف چه هستند؟ دانه هاي برف کريستالهايي از يخ هستند. کريستال يا بلور ماده اي است که مولکولهاي سازنده آن به شيوه خاصي آرايش يافته اند که به آ ...

● يک برف دوست واقعي آيا برف را دوست داريد؟ مسلماً در کودکي همه بچه ها از برف بازي کردن لذت مي برند. اما همين بچه ها وقتي بزرگ مي شوند ديگر چندان توجهي ...

هدف از بسته بندي کردن اين است که هم زمان نگهداري آنها افزايش يابد و هم به طور کلي از خطر عوامل فساد دروني و بيروني و اکسايش حفظ شود. همچنين حمل و نقل ...

دانلود نسخه PDF - دانه هاي فلزي