동적 재분배

Dynamic recrystallization

DRX(Dynamic recrystalization, DRX)는 재분배 과정의 한 종류로, 야금학과 지질학 분야에서 발견된다.동적 재분배에서 정적 재분배와는 반대로, 새로운 알갱이의 핵화와 생장은 별도의 열처리의 일부로서 이후가 아니라 변형 동안에 발생한다.곡물 크기의 감소는 높은 온도에서 곡물 경계가 미끄러질 위험을 증가시키는 한편 재료 내 탈구 이동성도 감소시킨다.신곡은 경화가 덜 되어 재료의 경화가 감소한다.동적 재분할을 통해 새로운 입자 크기와 방향이 가능해 균열 전파를 막을 수 있다.균열로 인해 물질이 파괴되기보다는, 균열로 인해 새로운 곡물이 자라기 시작하여 이웃의 기존 곡물에서 나온 원자를 소비할 수 있다.동적 재분할 후 재료의 연성이 증가한다.[1]

응력 변형 곡선에서 동적 재분산의 시작은 재분산의 연화 효과로 인해 고온 작업 데이터의 흐름 응력에서 뚜렷한 피크에 의해 인식될 수 있다.그러나 모든 재료가 고온 작업 조건에서 시험했을 때 잘 정의된 피크를 보이는 것은 아니다.DRX의 시작은 스트레스에 대한 변형률 그림의 변곡점에서도 감지할 수 있다.이 기법은 흐름 곡선의 형태에서 명확하게 결정할 수 없을 때 DRX의 발생을 확립하는 데 사용할 수 있는 것으로 나타났다.

안정 상태에 도달하기 전에 응력 진동이 나타나면 여러 번의 재분배와 곡물 성장 주기가 발생하고 응력 동작은 순환형 또는 복수 첨두형이라고 한다.안정 상태에 도달하기 전의 특정한 스트레스 행동은 초기 곡물의 크기, 온도 및 변형률에 따라 달라진다.

DRX는 다음과 같은 다양한 형태로 발생할 수 있다.

동적 재분석은 탈구 생성 및 이동 속도에 따라 달라진다.회복률(탈구가 소멸되는 속도)에도 의존한다.작업 강화와 동적 회복 사이의 상호작용이 곡물 구조를 결정한다.그것은 또한 다양한 유형의 동적 재시뮬레이션에 대한 곡물의 민감성을 결정한다.[1]메커니즘에 관계없이 동적 결정화가 일어나려면 재료가 임계 변형을 경험해야 한다.마지막 곡물 크기는 스트레스가 증가함에 따라 증가한다.매우 미세한 구조를 얻기 위해서는 스트레스가 높아야 한다.[2]

일부 저자들은 '후역학' 또는 '메타디 다이내믹'이라는 용어를 사용하여 고온 작업 공정의 냉각 단계 동안 또는 연속적인 패스 사이에 발생하는 재스트라이징을 기술했다.이는 동시에 변형이 없음을 인정하면서 재분산이 해당 공정과 직결된다는 점을 강조한다.

기하학적 동적 재분배(GDRX)

기하학적 동적 재분석은 국부 톱니 모양의 곡물에서 발생한다.변형 시, GDRX가 곡물의 두께가 한계치 아래로 떨어질 때까지 길쭉하게 된다(세례 번들이 교차하고 작은 곡물이 등축된 곡물로 꼬집는 아래).[1]톱니바퀴는 재료에 가해지는 응력을 미리 발생시키거나 재료의 변형에 의해 발생할 수 있다.[3]

기하학적 동적 재결정화에는 다음과 같은 6가지 주요 특성이 있다.[3]

  • 일반적으로 높은 온도에서 높은 적층 단층 에너지를 가진 재료에서 변형과 함께 발생한다.
  • 스트레스는 증가했다가 감소하여 안정된 상태가 된다.
  • 서브그레이인 형성은 임계 변형을 필요로 한다.
  • 서브그레이인 방향 오방향 피크가 2°
  • 질감 변화가 거의 없다.
  • 곡물 경계를 고정하면 필요한 변형률의 증가

GDRX는 주로 초기 입자 크기와 변형률(지형 의존성)에 의해 영향을 받지만, 고온 작업 과정에서 발생하는 다른 요인들은 예측 모델링의 개발을 복잡하게 하고(공정을 지나치게 단순화하는 경향이 있음)[3] 불완전한 재분석을 초래할 수 있다.등축된 곡물 형성은 일단 임계 스트레스에 도달하면, 개별 지역이 다른 균주/스트레스를 받기 때문에 즉시 그리고 균일하게 곡물 전체를 따라 발생하지 않는다.실제로 일반적으로 정현상 가장자리(Martorano et al.에서 예측한 바와 같이)는 곡물이 각각 문턱에 도달함에 따라 조금씩 갈라지기 시작할 때 형성된다.[4]보다 정교한 모델들은 복잡한 초기 곡물 기하학,[5] 곡물 경계를 따라 생기는 국부적 압력, 고온 작업 온도 등을 고려하지만,[4] 모델들은 전체 응력 체계와 전체적인 미세 구조의 진화 전반에 걸쳐 정확한 예측을 할 수 없다.또한, GDRX 동안 높은 온도와 GB 곡선 상태에서 곡물 경계가 이동하여 곡물 경계선을 따라 끌며 원곡물의 원치 않는 성장을 초래할 수 있다.이 새롭고 큰 곡물은 GDRX가 발생하기 위해서는 훨씬 더 많은 변형이 필요할 것이며, 국부적인 부분은 강화되기는커녕 약해질 것이다.[6]마지막으로 곡물이 이동되고 늘어나면서 재분할이 가속화되어 하위곡선 경계가 곡물 경계(각도 증가)가 될 수 있다.영향을 받은 알갱이는 얇고 길어서 변형이 더 쉽다.[7]

불연속 동적 재분석

불연속 재분석은 이질적이다; 뚜렷한 핵과 성장 단계가 있다.적층-고장 에너지가 낮은 소재에서 흔히 볼 수 있다.그 후 핵이 발생하여 기존의 변형된 곡물을 흡수하는 새로운 변형 없는 곡물이 생성된다.그것은 곡물 경계에서 더 쉽게 발생하며, 곡물 크기를 감소시켜 핵 부위의 양을 증가시킨다.이것은 불연속 동적 재시정 비율을 더욱 증가시킨다.[3]

불연속 동적 재분석에는 다음과 같은 5가지 주요 특성이 있다.[3]

  • 임계값 스트레인에 도달할 때까지 재분할이 수행되지 않음
  • 응력 변형 곡선에는 여러 개의 피크가 있을 수 있음 – 범용 방정식이 없음
  • 핵은 일반적으로 기존의 곡물 경계를 따라 발생한다.
  • 초기 곡물 크기가 감소함에 따라 재분배율이 증가함
  • 재분산이 진행될 때 접근하는 일정한 곡물 크기가 있다.

불연속 동적 재분배는 작업 강화와 복구의 상호작용으로 발생한다.탈구 전멸이 발생 속도에 비해 느리면 탈구가 축적된다.일단 임계 탈구 밀도에 도달하면, 핵은 곡물 경계에서 발생한다.곡물 경계 이동, 즉 원자가 기존의 큰 곡물에서 더 작은 핵으로 옮겨가면 기존의 곡물을 희생시켜 새로운 핵이 성장할 수 있다.[3]핵은 현존하는 곡물 경계의 불룩함을 통해 발생할 수 있다.곡물 경계와 인접한 부곡물이 크기가 서로 달라 두 부곡과의 에너지 차이를 유발할 경우 불룩이 형성된다.돌출부가 임계반경을 달성하면 안정핵으로 성공적으로 전환해 성장을 이어갈 수 있다.이것은 핵 및 성장에 관련된 칸의 이론을 사용하여 모델링할 수 있다.[2]

불연속 동적 재분석은 일반적으로 '목걸이' 미세구조를 생성한다.새로운 곡물 성장은 곡물 경계선을 따라 에너지적으로 유리하기 때문에 기존 곡물 경계선을 따라 우선적으로 새로운 곡물 형성과 불룩이 발생한다.이것은 처음에 존재하는 곡물의 내부를 영향을 받지 않고 곡물 경계선을 따라 새롭고 매우 미세한 곡물 층을 생성한다.동적 재분산이 계속되면서 결정되지 않은 영역을 소비한다.변형이 계속됨에 따라 재분석은 새로운 핵의 층들 간의 일관성을 유지하지 못하여 임의의 질감을 생성한다.[8]

연속 동적 재분석

연속 동적 재분할은 적층-고장 에너지가 높은 재료에서 흔히 발생한다.낮은 각도의 곡물 경계가 형성되어 고각 경계가 되어 그 과정에서 새로운 곡물을 형성할 때 발생한다.연속적인 동적 재분석의 경우, 새로운 곡물의 핵화와 성장 단계 사이에 명확한 구분이 없다.[3]

연속 동적 재분석에는 4가지 주요 특성이 있다.[3]

  • 스트레인이 증가하면 스트레스는 증가한다.
  • 변형률이 증가할수록 하위 경계 방향 오방향성이 증가한다.
  • 낮은 각도의 곡물 경계가 높은 각도의 곡물 경계로 진화하면서 잘못된 방향성이 균질하게 증가한다.
  • 변형이 증가할수록 결정체 크기는 감소한다.

연속 동적 재분배에는 다음과 같은 세 가지 주요 메커니즘이 있다.

첫째, 연속 동적 재분석은 곡물 내에 형성된 이탈로부터 낮은 각도의 곡물 경계를 조립할 때 발생할 수 있다.재료에 지속적인 응력이 가해지면 임계 각도가 달성될 때까지 오방향 각도가 증가하여 고각 입자 경계를 만든다.이 진화는 하위 계층 경계를 고정시킴으로써 촉진될 수 있다.[3]

둘째, 연속 동적 재분배는 서브그레이인 회전 재분배 과정을 통해 발생할 수 있다. 서브그레이드는 회전하면서 방향의 오차를 증가시킨다.오방향 각도가 임계 각도를 초과하면 이전 하위 계수는 독립된 곡물로서 적격이다.[3]

셋째, 마이크로시어밴드에 의한 변형에 의한 지속적인 동적 재분산이 발생할 수 있다.부곡물은 작업 경화 과정에서 형성된 곡물 내부의 이탈에 의해 조립된다.곡물 내에 마이크로 쉬어 밴드가 형성되면, 그들이 도입하는 스트레스는 저각 곡물 경계의 방향성을 급격히 증가시켜 고각 곡물 경계의 방향성을 고각으로 변형시킨다.그러나 마이크로 셰어 밴드의 영향은 국부적이므로 이 메커니즘은 마이크로 셰어 밴드나 기존 곡물 경계 부근 등 이질적으로 변형되는 지역에 우선적으로 영향을 미친다.재분산이 진행됨에 따라 이 구역에서 퍼져 나가 균질하고 등축된 미세구조를 생성한다.[3]

수학 공식

Poliak과 Jonas가 개발한 방법에 기초하여, 스트레스-스트레인 곡선의 피크 스트레인의 함수로서 DRX의 시작에 대한 임계 스트레인을 설명하기 위해 몇 가지 모델을 개발한다.모델은 단일 피크가 있는 시스템, 즉 중간에서 낮은 적층 단층 에너지 값을 갖는 재료에 대해 파생된다.모델은 다음 문서에서 확인할 수 있다.

복수의 피크가 있는 시스템(및 단일 피크도 포함)에 대한 DRX 거동은 변형 시 복수 입자의 상호작용을 고려하여 모델링할 수 있다.I. e. 앙상블 모델은 초기 곡물 크기에 기초한 단일 피크 동작과 다중 피크 동작 사이의 전환을 설명한다.또한 변형률의 과도 변화가 흐름 곡선의 형상에 미치는 영향을 설명할 수 있다.이 모델은 다음 문서에서 확인할 수 있다.

문학

참조

  1. ^ a b c McQueen, H.J. (8 December 2003). "Development of Dynamic Recrystallization Theory". Materials Science and Engineering: A: 203–208 – via Elsevier Science Direct.
  2. ^ a b Roberts, W.; Ahlblom, B. (28 April 1997). "A Nucleation Criterion for Dynamic Recrystallization During Hot Working". Acta Metallurgica. 26 (5): 801–813. doi:10.1016/0001-6160(78)90030-5 – via Elsevier Science Direct.
  3. ^ a b c d e f g h i j k Huang, K.; Logé, R.E. (29 August 2016). "A Review of Dynamic Recrystallization Phenomena in Metallic Materials". Materials and Design. 111: 548–574. doi:10.1016/j.matdes.2016.09.012 – via Elsevier Science Direct.
  4. ^ a b Martorano, M. A.; Padilha, A. F. (1 September 2008). "Modelling grain boundary migration during geometric dynamic recrystallization". Philosophical Magazine Letters. 88 (9–10): 725–734. doi:10.1080/09500830802286951. ISSN 0950-0839.
  5. ^ Pari, Luigi De; Misiolek, Wojciech Z. (1 December 2008). "Theoretical predictions and experimental verification of surface grain structure evolution for AA6061 during hot rolling". Acta Materialia. 56 (20): 6174–6185. doi:10.1016/j.actamat.2008.08.050. ISSN 1359-6454.
  6. ^ Pettersen, Tanja; Nes, Erik (1 December 2003). "On the origin of strain softening during deformation of aluminum in torsion to large strains". Metallurgical and Materials Transactions A. 34 (12): 2727–2736. doi:10.1007/s11661-003-0174-1. ISSN 1543-1940.
  7. ^ Gourdet, S.; Montheillet, F. (23 May 2003). "A model of continuous dynamic recrystallization". Acta Materialia. 51 (9): 2685–2699. doi:10.1016/S1359-6454(03)00078-8. ISSN 1359-6454.
  8. ^ Ponge, D.; Gottstein, G. (18 December 1998). "Necklace Formation During Dynamic Recrystallization: Mechanisms and Impact on Flow Behavior". Acta Materialia. 46: 69–80. doi:10.1016/S1359-6454(97)00233-4 – via Elsevier Science Direct.