M5 Recristallisation et croissance des grains

Topique

Ce métal, déformé plastiquement par écrouissage et présentant la densité de dislocations accumulées décrite par un autre modèle de ce système, demeure dans un état d'énergie stockée élevée. Lorsqu'il est ensuite soumis, dans ce même état, à un recuit – un traitement thermique prolongé à une température suffisamment élevée –, une recristallisation se produit : la nucléation et la croissance de grains entièrement nouveaux, exempts de déformation, qui remplacent progressivement les grains déformés et chargés de dislocations laissés par l'écrouissage. Le fait que ce métal atteigne le stade du recuit avec une déformation plastique accumulée plus importante, et donc une énergie stockée plus élevée, permet à cette recristallisation de s'amorcer plus facilement et de progresser plus rapidement au cours du processus de recuit.

Cette même recristallisation, au cours de laquelle de nouveaux grains non déformés se forment et croissent aux dépens des grains déformés restants, obéit à la même équation d'Avrami qui décrit déjà, dans d'autres transformations de cet ensemble, l'évolution d'une fraction transformée au fil du temps : une courbe qui progresse lentement au début, tant que le nombre de grains nouvellement formés est faible, puis s'accélère à mesure que ces nouveaux grains croissent et que leur nombre augmente, et ralentit à nouveau vers la fin, lorsqu'il ne reste que peu de matériau déformé à recristalliser. La température plus élevée de ce recuit implique que, selon cette même équation d'Avrami, cette recristallisation progresse plus rapidement pour une même durée.

Une fois cette recristallisation achevée et en l'absence de nouveaux grains déformés à remplacer, ce même recuit, s'il est poursuivi, ne produit plus de nouveaux grains, mais favorise la croissance des grains recristallisés existants : il s'agit d'une croissance granulaire normale, qui suit une loi parabolique au fil du temps, avec une constante de vitesse dépendant de la température selon une distribution d'Arrhenius. Si ce recuit est prolongé après la fin de la recristallisation, la taille des grains de ce métal continue de croître, selon la même loi parabolique, mais à un rythme progressivement plus lent.

Par conséquent, ce modèle, avec ses processus initiaux d'écrouissage et de recristallisation, repose sur deux modèles de cet ensemble, dont les composantes sont déjà établies et combinées ici : le modèle décrivant la taille des grains de ce métal, avec la taille initiale à partir de laquelle la recristallisation débute, et le modèle décrivant la diffusion atomique de ce métal, avec la même dépendance d'Arrhenius qui régit à la fois cette recristallisation et la croissance normale des grains qui s'ensuit. Le fait que cette même équation d'Avrami décrive, ici, la nucléation et la croissance de grains sans contrainte la place dans la même famille de modèles qui la réutilisent déjà pour décrire d'autres transformations analogues : la vitrification et la dévitrification du verre, et la croissance des grains lors du frittage des céramiques.

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