M5 Rekristallisation und Kornwachstum

Thema

Dieses Metall, das durch Kaltverformung plastisch verformt wurde und dessen Versetzungsdichte durch ein anderes Modell dieses Systems beschrieben wird, verbleibt in einem Zustand hoher gespeicherter Energie. Wird dieses Metall in diesem Zustand anschließend einer Wärmebehandlung – einer anhaltenden Wärmebehandlung bei ausreichend hoher Temperatur – unterzogen, findet Rekristallisation statt: die Keimbildung und das Wachstum völlig neuer, verformungsfreier Körner, die nach und nach die durch die Kaltverformung entstandenen verformten, versetzungsreichen Körner ersetzen. Die Tatsache, dass dieses Metall die Glühphase mit einer höheren akkumulierten plastischen Verformung und somit mit einer höheren verfügbaren gespeicherten Energie erreicht, ermöglicht es dieser Rekristallisation, leichter zu beginnen und während des Glühprozesses schneller fortzuschreiten.

Diese Rekristallisation, bei der neue, unverformte Körner auf Kosten der verbleibenden verformten Körner entstehen und wachsen, folgt der Avrami-Gleichung, die bereits bei anderen Umwandlungen dieser Reihe die zeitliche Entwicklung des umgewandelten Anteils beschreibt: eine Kurve, die zunächst langsam verläuft, solange noch wenige neue Körner entstehen, sich dann mit dem Wachstum dieser neuen Körner und dem Auftreten weiterer Körner beschleunigt und sich gegen Ende wieder verlangsamt, wenn nur noch wenig verformtes Material zur Rekristallisation vorhanden ist. Die höhere Temperatur dieses Glühprozesses führt gemäß der Avrami-Gleichung dazu, dass diese Rekristallisation bei gleicher Zeitspanne schneller abläuft.

Sobald die Rekristallisation abgeschlossen ist und keine deformierten Körner mehr ersetzt werden müssen, führt derselbe Glühprozess bei Fortsetzung nicht mehr zur Bildung neuer Körner, sondern zum Wachstum der bereits rekristallisierten Körner: Dies ist normales Kornwachstum, das zeitlich einem parabolischen Gesetz folgt, dessen Geschwindigkeitskonstante gemäß einer Arrhenius-Verteilung von der Temperatur abhängt. Wird das Glühen nach Abschluss der Rekristallisation über einen längeren Zeitraum fortgesetzt, wächst die Korngröße des Metalls weiterhin nach demselben parabolischen Gesetz, jedoch zunehmend langsamer.

Dieses Modell, das die anfänglichen Kaltverformungs- und Rekristallisationsprozesse beschreibt, basiert daher auf zwei Modellen aus dieser Gruppe, deren Komponenten bereits etabliert sind und hier kombiniert werden: dem Modell zur Beschreibung der Korngröße des Metalls mit der Ausgangskorngröße, von der die Rekristallisation ausgeht, und dem Modell zur Beschreibung der atomaren Diffusion des Metalls mit derselben Arrhenius-Gleichung, die sowohl die Rekristallisation als auch das anschließende normale Kornwachstum bestimmt. Die Tatsache, dass dieselbe Avrami-Gleichung hier die Keimbildung und das Wachstum spannungsfreier Körner beschreibt, ordnet sie derselben Modellfamilie zu, die sie bereits zur Beschreibung anderer analoger Umwandlungen verwendet: der Verglasung und Entglasung von Glas sowie des Kornwachstums beim Sintern von Keramik.

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