M5 Recristalização e crescimento de grãos

Tópico

Este metal, deformado plasticamente por trabalho a frio e com a densidade de discordâncias acumulada descrita por outro modelo deste sistema, permanece em um estado de alta energia armazenada. Quando este metal, neste mesmo estado, é submetido a recozimento — um tratamento térmico contínuo a uma temperatura suficientemente alta — ocorre a recristalização: a nucleação e o crescimento de grãos inteiramente novos, livres de deformação, que substituem progressivamente os grãos deformados e carregados de discordâncias deixados pelo trabalho a frio. O fato de este metal chegar ao estágio de recozimento com mais deformação plástica acumulada e, portanto, mais energia armazenada disponível, permite que essa recristalização se inicie mais facilmente e progrida mais rapidamente durante o processo de recozimento.

Essa mesma recristalização, à medida que esses novos grãos não deformados nucleiam e crescem à custa dos grãos deformados restantes, segue a mesma equação de Avrami que já descreve, em outras transformações desse conjunto, a evolução de uma fração transformada ao longo do tempo: uma curva que progride lentamente no início, enquanto ainda há poucos grãos recém-nucleados, depois acelera à medida que esses novos grãos crescem e mais aparecem, e desacelera novamente no final, quando resta pouco material deformado para recristalizar. A temperatura mais alta desse processo de recozimento significa que, de acordo com essa mesma equação de Avrami, essa recristalização progride mais rapidamente para o mesmo tempo decorrido.

Uma vez que essa recristalização esteja completa e não haja mais grãos deformados para substituir, esse mesmo processo de recozimento, se continuado, não produz mais novos grãos, mas sim promove o crescimento dos grãos recristalizados existentes: esse é o crescimento normal de grãos, que segue uma lei parabólica ao longo do tempo, com uma constante de taxa que depende da temperatura de acordo com uma distribuição de Arrhenius. Se esse recozimento for continuado por um período mais longo após a conclusão da recristalização, o tamanho do grão desse metal continua a crescer, de acordo com a mesma lei parabólica, embora a uma taxa progressivamente mais lenta.

Portanto, este modelo, com seus processos iniciais de trabalho a frio e recristalização, baseia-se em dois modelos desse conjunto, cada um dos quais já estabeleceu seus componentes, os quais são combinados aqui: o modelo que descreve o tamanho do grão desse metal, com o tamanho inicial do grão a partir do qual essa recristalização começa, e o modelo que descreve a difusão atômica desse metal, com a mesma dependência de Arrhenius que governa tanto essa recristalização quanto o subsequente crescimento normal do grão. O fato de essa mesma equação de Avrami descrever, aqui, a nucleação e o crescimento de grãos livres de tensão a coloca dentro da mesma família de modelos que já a reutilizam para descrever outras transformações análogas: a vitrificação e a desvitrificação do vidro e o crescimento de grãos durante a sinterização de cerâmicas.

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