Recristallisation de récupération et croissance des grains - Processus de travail

Récupération recristallisation et croissance des grains sont des changements microstructuraux qui se produisent lors du recuit après déformation plastique à froid et/ou lors de l'usinage à chaud des métaux.

Récupération, recristallisation et croissance des grains

La déformation plastique, qui déforme le réseau cristallin et brise les blocs de grains initiaux équiaxes (ayant des axes d'approximativement les mêmes dimensions) pour produire une structure fibreuse ou des plaques minces, augmente le niveau d'énergie du métal.

Le métal déformé, par rapport à son état non déformé, est dans un état de non-équilibre, thermodynamiquement instable. Par conséquent, des processus spontanés se produisent dans le métal durci, même à température ambiante, ce qui le place dans un état plus stable.

Si la température est suffisamment élevée, le métal tente de se rapprocher de l'équilibre par trois processus :(a) récupération , (b) recristallisation , et (c)la croissance des grains .

La figure 3.16 décrit une systématique de ces processus avec variation dans le temps. De nouveaux grains commencent à germer à partir de grains travaillés à froid au temps T1; la nucléation des grains va continuer et croître jusqu'au temps T2. À ce stade, tous les grains travaillés à froid auront nucléé en nouveaux grains. Au temps T3, la taille de ces nouveaux grains croît à un rythme plus lent.

Un dessin schématique indiquant la récupération, la recristallisation et la croissance des grains et les principaux changements de propriété dans chaque région est illustré à la Fig. 2.9.

Récupération

Qu'est-ce que la récupération ?

C'est un phénomène à basse température qui entraîne la restauration des propriétés physiques sans modification notable de la microstructure. La reprise est essentiel pour libérer les contraintes internes dans les équipements forgés, soudés et fabriqués sans réduire la résistance acquise pendant et après le travail.

Travailler

Si un métal écroui est chauffé à une température relativement basse, les distorsions élastiques du réseau cristallin sont réduites en raison de l'augmentation de l'amplitude de l'oscillation thermique des atomes. Cet échauffement diminuera légèrement la résistance du métal écroui mais la limite d'élasticité et la ductilité augmenteront sans toutefois atteindre les valeurs que possédait le matériau initial (avant écrouissage).

Aucun changement de microstructure n'est observé pendant cette période. Cette restauration partielle des propriétés d'origine, produite en réduisant la distorsion du réseau cristallin sans modifications notables de la microstructure, est appelée récupération.

A une température donnée, le taux de récupération est initialement le plus rapide et diminue à des moments plus longs. Ainsi, la quantité de récupération qui se produit dans un temps pratique augmente avec l'augmentation de la température. Dans un métal travaillé à froid donné, les propriétés individuelles se rétablissent à des rythmes différents et atteignent divers degrés d'achèvement.

Courbe caractéristique de récupération

La figure 3.18 décrit les caractéristiques du processus de récupération. La figure montre que I le taux de récupération est rapide au début, puis ralentit avec le temps, et (ii) la quantité de récupération augmente avec l'augmentation de la température. Les propriétés individuelles récupèrent à des rythmes différents dans les métaux.

Par récupération, les contraintes sont soulagées des alliages travaillés à froid qui empêchent la fissuration par corrosion sous contrainte. Il est possible de soulager les contraintes sans affecter de manière significative les propriétés mécaniques. Une température de récupération élevée est nécessaire pour éliminer complètement les contraintes résiduelles. Ce traitement à haute température est bénéfique pour les pièces moulées ou soudées.

Recristallisation

Qu'est-ce que la recristallisation ?

C'est un processus dans lequel les grains déformés de métal travaillé à froid sont remplacés par de nouveaux grains sans déformation lorsqu'ils sont chauffés au-dessus d'une température connue sous le nom de température de recristallisation. Recristallisation provoque une forte diminution de la dureté et de la résistance tout en augmentant la ductilité.

Processus de travail

La formation de nouveaux grains équiaxes lors du processus de chauffage, au lieu de la structure fibreuse orientée du métal déformé, est appelée recristallisation. Les cristaux équiaxes sont des cristaux qui ont des axes d'environ la même longueur. Des grains équiaxes peuvent être une indication de recristallisation. Des cristaux équiaxes peuvent être obtenus par traitement thermique, à savoir recuit et normalisation

Ceci est illustré à la Fig. 2.10. Le premier effet du chauffage est de former de nouveaux grains minuscules comme indiqué en blanc en (a), et ceux-ci s'agrandissent rapidement jusqu'à ce que la croissance supplémentaire soit limitée par un grain qui en rencontre un autre comme indiqué en (b) et (C). En fin de compte, le système de grains d'origine disparaît de l'image et la nouvelle structure cristallisée est représentée en (d), les grains d'origine étant indiqués sur le dessin par des lignes pointillées. La recristallisation, en effet, ne produit pas de nouvelles structures mais produit de nouveaux grains ou cristaux de même structure.

La recristallisation consiste essentiellement à faire surmonter par les atomes du métal déformé les liaisons du réseau déformé, la formation de noyaux de grains équiaxes et la croissance ultérieure de ces grains due au transfert d'atomes de cristallites déformés vers des cristallites non déformés. In fine, les grains s'affinent et acquièrent une forme ressemblant à des fibres comme le montre la Fig.2.11.

La température à laquelle se produit la cristallisation, c'est-à-dire la formation de nouveaux grains, est appelée température de recristallisation. Celle-ci est définie comme la température à laquelle 50 % du matériau travaillé à froid recristallisera en une heure.

Croissance des grains

Qu'est-ce que la croissance des grains ?

Il fait référence à l'augmentation de la taille moyenne des grains causée par un recuit supplémentaire après la recristallisation du matériau. Les petits grains ont moins d'énergie libre que les gros grains. Les cristaux plus petits avec des atomes d'énergie plus élevée ont tendance à faire partie de cristaux plus gros. Cette tendance favorise la croissance des grains .

Processus de travail

Juste après la recristallisation d'un métal, les grains sont petits et de forme assez régulière. Le grain grossira si la température est suffisamment élevée ou si on laisse la température dépasser le minimum requis pour la recristallisation. Cette croissance est le résultat d'une tendance à revenir à un état plus stable et plus gros, et semble dépendre principalement de la forme du grain.

Pour toute température supérieure à la température de recristallisation, il existe normalement une taille maximale pratique à laquelle les grains atteindront l'équilibre et cesseront de croître de manière appréciable, quelle que soit la durée pendant laquelle ils sont maintenus à la température. Il existe cependant certains types de croissance anormale des grains qui se produisent à la suite de gradients de déformation appliqués ou résiduels dus à une distribution non uniforme des impuretés, et qui permettent la croissance de très gros grains uniques.

Facteurs affectant le contrôle de la taille des grains

1. Degré de déformation préalable

La quantité accrue de déformation préalable favorise la nucléation et réduit la taille finale des grains. Avant que la recristallisation puisse se produire, une certaine quantité de déformation est nécessaire. Cela représente environ 2,8 % de la déformation totale. Lorsque la déformation est faible (mais supérieure à la déformation minimale), la taille des grains est grossière car un petit nombre de noyaux se forme. À mesure que la déformation augmente, le nombre de points déformés augmente, et donc la taille des grains diminue.

2. Température

Il existe une température en dessous de laquelle la recristallisation ne se produit pas. La taille des grains augmente progressivement au-dessus de cette température.

3. Chauffage

L'effet du temps de chauffage sur la taille des grains est déterminé par la température à laquelle la recristallisation se produit. La recristallisation prend un certain temps pour se terminer, mais ce temps diminue à mesure que la température augmente. Plus la granulométrie est fine, plus le temps de recuit est court. Le grain devient plus grossier à mesure que le temps de recuit augmente. Un chauffage lent favorise la croissance des grains en formant de nouveaux noyaux, ce qui donne des grains grossiers.

4. Impuretés

Une taille de grain plus fine sera présente avec une plus grande quantité et une distribution plus fine des impuretés. Les impuretés favorisent la nucléation et agissent comme une barrière à la croissance des grains.

Effet de la température sur la récupération, la recristallisation et la croissance des grains

La Fig. 3.21 résume l'effet de divers phénomènes sur les propriétés mécaniques et physiques.

Q. Dans lequel des processus suivants la récupération, la recristallisation et la croissance des grains ont-elles lieu ?
a) Durcissement superficiel
b) Trempe
c) Renforcement
d) Recuit

Réponse :- D

Explication :- Dans le processus de recuit, le cristal passe par trois étapes appelées recristallisation de récupération et croissance des grains dans l'ordre.

Foire aux questions

Quelle est la différence entre récupération et recristallisation ?

Récupération – Un traitement thermique de recuit à basse température conçu pour éliminer les contraintes résiduelles introduites lors de la déformation sans réduire la résistance du matériau travaillé à froid.

Température de recristallisation – La température au-dessus de laquelle les effets de l'écrouissage sont éliminés lors du recuit.

Quelle est la différence entre la recristallisation de récupération et la croissance des grains ?

Récupération se produit à basse température et réduit ou élimine les effets d'écrouissage.

Recristallisation se produit lorsqu'une énergie thermique suffisante est disponible pour entraîner la création et la croissance sans contrainte de nouveaux grains dans la matrice existante.

Croissance des grains est le résultat de températures élevées continues après la recristallisation lorsque les joints de grains sont éliminés, ce qui entraîne une augmentation de la taille de grain actuelle, quelle que soit sa taille de grain austénitique antérieure.

Pourquoi le travail à froid est-il nécessaire pour la récupération ?

Le travail à froid augmente la résistance d'un matériau, mais diminue sa ductilité et sa conductivité électrique. De plus, des contraintes résiduelles sont introduites dans le matériau en raison du chevauchement et de l'enchevêtrement des dislocations.

Quelles sont les forces motrices de la recristallisation et de la croissance des grains ?

La force motrice de la croissance des grains, qu'elle soit continue (croissance normale des grains) ou discontinue (croissance anormale des grains), est l'énergie des joints à angle élevé. La principale force motrice de la recristallisation est l'énergie stockée lors de la déformation sous la forme de défauts cristallins.