Текстуры деформации и рекристаллизации

При большой пластической деформации кроме зеренной текстуры, типичным примером которой является структура металлов, деформированных волочением, возникает кристаллографическая текстура деформации — преимущественная ориентация кристаллических решеток зерен поликристалла.

Текстура характеризуегся ее осью — ориентировкой направления — или осью и плоскостью. Так при волочении или ротационной ковке в проволоке или в прутках образуются преимущественно аксиальные (осевые) текстуры — решетки зерен ориентируются по кристаллографическим направлениям параллельно направлению протяжки. Текстура после прокатки характеризуется кристаллографической плоскостью {hkl}, которая совпадает с плоскостью прокатки, и кристаллографическим направлением, параллельным направлению прокатки. В металлах с ГЦКрешеткой аксиальная текстура двойная: в одних зернах параллельно оси проволоки устанавливается направление, в других. В этих же металлах тип структуры деформации зависит от энергии дефекта упаковки. У алюминия (ЭДУ ~ 135 мДж/м²) основная текстура {112}, у серебра (ЭДУ < 135 мДж/м²) {110} .

При отжиге металла с текстурой деформации обычно образуется текстура рекристаллизации. Возможны следующие варианты: 1) рекристаллизованные зерна приобретают ту же ориентировку, которую имели деформированные зерна, 2) текстура деформации сменяется отличной от нее текстурой рекристаллизации (наиболее частый случай) и 3) рекристаллизованные зерна имеют хаотическую кристаллографическую ориентировку, хотя деформированный металл был текстурован.

Формирование текстуры связано с предпочтительным зарождением и/или предпочтительным ростом центров рекристаллизации определенной ориентировки или ориентировок. Ориентированное зарождение играет чаще всего определяющую роль на стадии первичной рекристаллизации, ориентированный рост — на стадии вторичной рекристаллизации.

Текстура деформации в ходе первичной рекристаллизации сохраняется в том случае, если условия нагрева способствуют ориентированному зарождению и тормозят ориентированный (избирательный) рост зерен. Этому способствует скоростной нагрев деформированного металла до температур, несколько превышающих Т’р при обычных скоростях нагрева. За короткое время пребывания при высокой температуре успевают сформироваться зародыши рекристаллизации из субзерен в участках с максимальной плотностью дислокаций и кривизной решетки, но не успевают заметно развиться собирательная или вторичная рекристаллизации.

При нагреве с обычной скоростью на относительно невысокие температуры успевает совершиться первичная рекристаллизация из большого числа центров, но практически не развивается собирательная.

Аналогично влияет выделение в процессе отжига дисперсных частиц, некогерентных матрице. Они не влияют на образование центров рекристаллизации, но задерживают миграцию границ (избирательный рост зерен).

Теории образования текстуры в результате ориентированного роста исходят из положения о зависимости скорости роста зерен от их ориентировки. Примером влияния ориентированного роста является образование кубической текстуры при рекристаллизации металлов и сплавов с ГЦК-решеткой.

Влияние температуры на ориентированный рост объясняется зависимостью энергии активации Е_а центров от их ориентировки относительно матрицы. При низкой температуре превалирует рост центров с меньшей Е_Л, при высоких с большей Е_л. Скорость роста центров с определенной ориентацией может резко возрасти при повышении температуры, если растворятся дисперсные частицы, блокирующие границы зерен.

Объектом подавляющего большинства исследований механизма рекристаллизации является технический сплав Fe-3% Si — электротехническая анизотропная сталь (ЭАС), часто называемая трансформаторной сталью. Это один из основных магнитомягких материалов: с высокой магнитной проницаемостью, малой коэртицивной силой и низкими потерями в сердечниках трансформаторов. На последних стадиях обработки этой стали в процессе вторичной рекристаллизации формируется ребровая текстура (110)[001 ] (текстура Госса). Причем высокотемпературной обработке предшествует технологическая цепочка операций: горячая прокатка, одна или две холодных прокатки и несколько промежуточных отжигов.

Примечательно, что режимы этих операций относительно давно разработаны и успешно используются, но понимание механизма формирования в стали ребровой текстуры появляется лишь в настоящее время.

Известно, что первичная рекристаллизация приводит к появлению в текстуре четкой компоненты {110}, но она не является доминирующей: большинство зерен имеют октаэдрическую ориентировку {111 }. Анализ образования текстур первичной рекристаллизации базируется на объединенной теории зарождения и роста — зародыши первичной рекристаллизации обладают ориентировкой, закономерно связанной с текстурой деформации (ориентационное зарождение). При этом быстрее всего растуг те зародыши, ориентация которых относительно текстуры деформации матрицы соответствует максимальной подвижности их границ.

В последние годы Г. М. Русаковым, М. Л. Лобановым и А. А. Редикульцевым — на основе экспериментальных исследований структуры стали на различных стадиях ее обработки — был изложен механизм образования микрообластей с ориентацией {110} в полосах сдвига при холодной прокатке — аномальное двойникование по системе {114} и вторичное двойникование по двум стандартным системам {112}.

Превращение текстуры {110 } в основную происходит на стадии вторичной рекристаллизации, во время которой зародыши {110} растут быстрее, чем центры других ориентировок.

Наиболее популярным объяснением причин избирательного роста «ребровых» зерен является гипотеза Харасе о высокой подвижности при наличии ингибиторной фазы (сульфидов, нитридов) регулярных границ 15 и 19. Ребровая и октаэдрические ориентировки близки к разориентировке 19, и при окончательном отжиге между ними могут образовываться специальные границы.