Modelling of recrystallization in metals : kinetics, evolution of texture and microstructure

Abstract

Głównym celem pracy było opracowanie modelu rekrystalizacji typu "vertex" oraz zastosowanie go do badanie procesu rekrystalizacji w miedzi walcowanej na zimno. W tym celu opracowane zostały dwie wersje modelu: deterministyczna, w której ruch węzłów (a co za tym idzie granic międzyziarnowych) obliczany jest z równań ruchu oraz stochastyczna, w której w celu symulacji ruchu węzłów zastosowany został algorytm typu Monte-Carlo. Nowatorskimi aspektami pracy są: zastosowanie modelu typu "vertex" do modelowania rekrystalizacji pierwszorzędowej (do tej pory model typu "vertex" zaproponowany przez Kawasakiego a następnie rozwinięty przez Wyganda był stosowany wyłącznie do modelowania wzrostu ziaren); wprowadzenie do modelu rozkładu energii zgromadzonej (wyznaczonej uprzednio doświadczalnie); sformułowanie hipotezy minimalnej wartości (progu) gradientu energii zgromadzonej, jako warunku koniecznego ruchu granicy ziarna. Dla opracowanych modeli przeprowadzone zostały standardowe testy polegające na wyznaczeniu kinetyki zarówno rekrystalizacji pierwszorzędowej jak i wzrostu ziaren. W obu przypadkach wyniki zostały porównane z przewidywaniami teoretycznymi - dla rekrystalizacji pierwszorzędowej wyznaczona została krzywa JMAK oraz obliczony został wykładnik Avramiego. W przypadku rekrystalizacji drugorzędowej - obliczony został wykładnik charakteryzujący kinetykę wzrostu ziaren. Otrzymane wyniki okazały się zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Opracowane modele zostały użyte w celu modelowania rekrystalizacji w miedzi walcowanej na zimno, odpowiednio dla odkształcenia 70% oraz 90%. Szczególny nacisk został przy tym położony na modelowanie ewolucji mikrostruktury oraz tekstury. Obserwuje się powszechnie, że w trakcie wyżarzania miedzi walcowanej na zimno do wysokich wartości odkształcenia (np. 90%), następuje przejście od tekstury deformacji typu miedzi do tektury rekrystalizacji zawierającej praktycznie jedną silną składową, mianowicie orientację sześcienną {001}<100>. Dla mniejszej wartości odkształcenia (np. 70%) końcowa tektura rekrystalizacji jest znacząco różna od tektury rekrystalizacji dla 90% deformacji (pomimo faktu, iż tekstury deformacji są w obu przypadkach bardzo do siebie podobne). W teksturze tej możemy zauważyć wzmocnioną orientację sześcienną a także pozostałości innych orientacji obecnych w teksturze deformacji. Otrzymane w wyniku działania modelu tekstury zostały porównane z teksturami otrzymanymi eksperymentalnie. Kolejnym nowatorskim aspektem pracy jest przetestowanie hipotezy progu energii zgromadzonej. Testy przeprowadzone z użyciem rozwiniętych w pracy modeli wykazały, że możliwe jest otrzymanie odpowiedniej tekstury rekrystalizacji dla miedzi walcowanej na zimno dla obu przypadków odkształcenia (70% i 90%) dla jednej wartości progu gradientu energii zgromadzonej ΔE (w zakresie między 5.4 a 6.3 J/mol).