ocesso de amaciamento mais
ra e com a diminuição da
menos três ecanismos de nucleação de novos grãos durante esse processo.
i
superfície total do contorno devido ao A recristalização estática ocorre após o término da deformação. A recristalização é um processo de amaciamento que ocorre com a nucleação e crescimento de novos grãos, onde grãos deformados são substituídos por novos grãos livres de deformação. A diferença de densidade de discordâncias entre a região deformada e a região não deformada é a força-motriz de todo o processo. Enquanto a recuperação é responsável por, aproximadamente, 25% do amaciamento do material, a recristalização pode ser responsável pelos outros 75%. Isso faz com que ela seja o pr
importante na laminação controlada de metais.
A temperatura, quantidade e taxa de deformação e o tamanho de grão inicial influenciam grandemente na taxa de recristalização estática. Pequenos tamanhos de grãos iniciais e altas temperaturas e taxas de deformação aumentam a taxa de recristalização. A deformação, por sua vez, é uma variável de importância elevada, uma vez que é necessária uma quantidade de deformação crítica (εc) para que a recristalização ocorra. A taxa de recristalização aumenta com o aumento da deformação. O tamanho dos grãos recristalizados aumenta com o aumento da temperatu
taxa de deformação e da quantidade de deformação.
Na recristalização grande quantidade de discordâncias é consumida durante o movimento dos contornos de grãos. Existem pelo
m
Migração induzida pela deformação de contornos de alto ângulo preexistentes: um grão menos deformado migra para o interior de um grão mais deformado (Figura 2.5). A condição para sua ocorrência é que, durante o processo, existe um balanço energético favorável, considerando-se a redução de energia armazenada pela eliminação de defeitos e o aumento da
ii
ão, energia e mobilidade, caracterizando a iii
ângulo que pode migrar com alta velocidade, caracterizando um núcleo.
Nucleação por migração de contornos de baixo ângulo: o mecanismo operante é a poligonização (Figura 2.3) onde se tem a formação de regiões com baixa densidade de discordâncias envolvidas por sub- contornos. Quando o sub-grão é formado, pode crescer em detrimento de seus vizinhos através da migração de seus sub-contornos, em função de uma ativação térmica. Esse sub-contorno absorve discordâncias e sofre aumento de desorientaç
nucleação de um novo grão.
Nucleação por coalescimento de sub-grãos: equivale à 'rotação' de dois sub-grãos vizinhos, de forma que seus reticulados cristalinos se tornem coincidentes. O coalescimento promove o crescimento de um sub-grão e a diminuição da energia armazenada através da eliminação de sub- contornos. Além disso, existe uma diferença de orientação entre aquele conjunto de sub-grãos que sofreu coalescimento e os seus vizinhos. Isso leva ao surgimento de um contorno de alto
Figura 2.5 Nucleação por migração de contornos induzida pela deformação. A força motriz é a diferença de densidade de discordâncias entre os grãos
eformados e aqueles livres de deformação [11]. d
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Figura 2.6 A condição para o crescimento de um novo grão é
E L ∆ ⋅ > ⋅ 4 γ 2 , onde
γ é a energia de superfície do contorno por área unitária e ∆E é a energia liberada devido à diminuição dos defeitos [11].
Dentre os mecanismos de nucleação apresentados, os mais aceitos pela literatura são o de migração de contornos de baixo ângulo e o de coalescimento de sub-grãos. O primeiro está associado a altas deformações, larga distribuição de tamanhos de sub-grãos, altas temperaturas de recozimento e metais com baixa energia de falha de empilhamento. O segundo, a uma larga distribuição de desorientação entre sub-grãos, deformações moderadas, regiões que são vizinhas a contornos de grãos, baixas temperaturas de recozimento e metais com alta energia de falha de empilhamento [11].
A recristalização dinâmica ocorre durante o processo de deformação. Ela atua quando a recuperação dinâmica não é suficiente para manter a energia armazenada abaixo de um valor crítico. Esse valor de energia é aquele necessário para o início da nucleação e é atingido quando se submete o material a uma deformação crítica, εc. Os sítios preferenciais de nucleação de novos grãos são os contornos dos grãos com alta densidade de discordâncias. O mecanismo de nucleação atuante é conhecido como necklacing (Figura 2.7).
Após a nucleação, os grãos formados vão caminhando para o interior do grão em cujo contorno se originaram. A diminuição de energia livre causada pela eliminação de defeitos compensa o aumento de energia livre gerado pela criação de área de contornos de grãos. As bandas de deformação no interior de grãos e sub-grãos também atuam como sítios preferenciais de nucleação dos novos grãos. Conforme a deformação continua, esses grãos recém formados são alongados à medida que crescem até atingir um valor crítico de deformação suficiente para que sejam substituídos por novos grãos através de nova nucleação e crescimento.
Uma curva de escoamento típica de um material que se recristaliza dinamicamente apresenta um pico de tensão, σp (Figura 2.8). A deformação crítica necessária para o início da recristalização dinâmica é εc ≈ 0,8 εp. Após o pico há uma diminuição da tensão até que um valor estacionário seja atingido.
Figura 2.7 Necklacing – os sítios preferenciais de nucleação são os grãos cujos contornos possuem alta densidade de discordâncias e as bandas de deformação dos grãos e/ou sub-grãos [11].
Geralmente, na laminação industrial não se atinge a tensão de pico, εp, em um único passe, devido à necessidade de uma grande redução. Contudo, na conformação através de múltiplos passes, se o tempo entre passes for suficientemente pequeno, a recristalização estática não é completada e o encruamento é passado de um passe para outro. A quantidade de deformação
19 irá atingir o valor crítico, devido ao seu acúmulo progressivo, e a recristalização dinâmica irá operar. Para tempos entre passes muito curtos a precipitação induzida por deformação também é limitada, permitindo a ocorrência da recristalização dinâmica.
A recristalização metadinâmica ocorre no caso de um material que se recristaliza dinamicamente. Na conformação a quente de um metal muitos núcleos se encontram presentes imediatamente após o término da deformação. Eles podem crescer em função dos grãos deformados, via migração de contornos. Como não é necessário um tempo de incubação, esse processo de amaciamento atua rapidamente após o término do processamento. Os grãos resultantes da recristalização metadinâmica são menores que aqueles provenientes da recristalização dinâmica [14].
Figura 2.8 Quando a deformação ultrapassa um valor crítico, εc, novos grãos começam a se formar nos contornos de grãos deformados e vão se propagando para o interior destes. Esse processo ocorre durante a deformação até que os grãos deformados sejam substituídos por novos grãos. A curva de escoamento apresenta uma tensão de pico, σp, típica para o caso de recristalização completa. Na curva acima, εc ≈ 0,8 εp e εss é a deformação a partir da qual atinge-se o estado estacionário de tensão [12, 13].