Recristalização de Recuperação e Crescimento de Grãos - Processo de Trabalho

Recristalização de recuperação e crescimento de grãos são mudanças microestruturais que ocorrem durante o recozimento após a deformação plástica a frio e/ou durante o trabalho a quente de metais.

Recristalização de recuperação e crescimento de grãos

A deformação plástica, que distorce a rede cristalina e quebra os blocos de grãos equiaxiais iniciais (com eixos de aproximadamente as mesmas dimensões) para produzir estrutura fibrosa ou placas finas, aumenta o nível de energia do metal.

O metal deformado, em comparação com seu estado não deformado, está em um estado de não equilíbrio termodinamicamente instável. Portanto, processos espontâneos ocorrem em metal endurecido por deformação, mesmo em temperatura ambiente, o que o traz para uma condição mais estável.

Se a temperatura for suficientemente elevada, o metal tenta aproximar-se do equilíbrio através de três processos:(a) recuperação , (b) recristalização e (c) crescimento de grãos .

A Figura 3.16 mostra uma sistemática desses processos com variação no tempo. Novos grãos começam a nucleação a partir de grãos trabalhados a frio no tempo T1; a nucleação do grão continuará e crescerá até o tempo T2. A essa altura, todos os grãos trabalhados a frio terão nucleado em novos grãos. No tempo T3, o tamanho desses novos grãos cresce a uma taxa mais lenta.

Um desenho esquemático indicando recuperação, recristalização e crescimento de grãos e as principais mudanças de propriedades em cada região é mostrado na Fig. 2.9.

Recuperação

O que é Recuperação?

É um fenômeno de baixa temperatura que resulta na restauração de propriedades físicas sem alteração perceptível na microestrutura. A recuperação é fundamental para liberar tensões internas em equipamentos forjados, soldados e fabricados sem reduzir a força adquirida durante e após o trabalho.

Trabalhando

Se um metal endurecido por deformação é aquecido a uma temperatura comparativamente baixa, as distorções elásticas da rede cristalina são reduzidas devido ao aumento da amplitude da oscilação térmica dos átomos. Este aquecimento diminuirá ligeiramente a resistência do metal endurecido por deformação, mas o limite elástico e a ductilidade aumentarão, embora não atinjam os valores possuídos pelo material inicial (antes do endurecimento por deformação).

Não são observadas alterações na microestrutura neste período. Essa restauração parcial das propriedades originais, produzida pela redução da distorção da rede cristalina sem mudanças perceptíveis na microestrutura, é chamada de recuperação.

A uma dada temperatura, a taxa de recuperação é inicialmente mais rápida e diminui em tempos mais longos. Assim, a quantidade de recuperação que ocorre em um tempo prático aumenta com o aumento da temperatura. Em um determinado metal trabalhado a frio, as propriedades individuais se recuperam em taxas diferentes e atingem vários graus de acabamento.

Características da Curva de Recuperação

A Figura 3.18 mostra as características do processo de recuperação. A figura mostra que a taxa de recuperação é rápida no início e depois diminui com o tempo, e (ii) a quantidade de recuperação aumenta com o aumento da temperatura. Propriedades individuais se recuperam em taxas diferentes em metais.

Pela recuperação, as tensões são aliviadas das ligas trabalhadas a frio que evitam a rachadura por corrosão sob tensão. É possível aliviar o estresse sem afetar significativamente as propriedades mecânicas. Uma alta temperatura de recuperação é necessária para remover completamente as tensões residuais. Este tratamento de alta temperatura é benéfico para peças fundidas ou soldadas.

Recristalização

O que é recristalização?

É um processo no qual grãos distorcidos de metal trabalhado a frio são substituídos por novos grãos livres de deformação quando aquecidos acima de uma temperatura conhecida como temperatura de recristalização. Recristalização causa uma diminuição acentuada na dureza e resistência enquanto aumenta a ductilidade.

Processo de trabalho

A formação de novos grãos equiaxiais no processo de aquecimento, em vez da estrutura fibrosa orientada do metal deformado, é chamada de recristalização. Cristais equiaxiais são cristais que têm eixos aproximadamente do mesmo comprimento. Grãos equiaxiais podem ser uma indicação para recristalização. Cristais equiaxiais podem ser obtidos por tratamento térmico, ou seja, recozimento e normalização

Isso é ilustrado na Fig. 2.10. O primeiro efeito do aquecimento é formar novos grãos minúsculos, como mostrado em branco em (a), e estes aumentam rapidamente até que o crescimento adicional seja restringido pelo encontro de grãos com outro, como mostrado em (b) e (C). Por fim, o sistema original de grãos sai de cena e a nova estrutura cristalizada é mostrada em (d), os grãos originais sendo indicados no desenho por linhas pontilhadas. A recristalização, de fato, não produz novas estruturas, mas produz novos grãos ou cristais da mesma estrutura.

A recristalização, em essência, consiste em fazer com que os átomos do metal deformado superem as ligações da rede distorcida, a formação de núcleos de grãos equiaxiais e o subsequente crescimento desses grãos devido à transferência de átomos de cristalitos deformados para não deformados. Em finos, os grãos são refinados e adquirem um formato semelhante ao das fibras, conforme mostrado na Fig.2.11.

A temperatura na qual ocorre a cristalização, ou seja, novos grãos são formados, é chamada de temperatura de recristalização. Esta é definida como a temperatura na qual 50 por cento do material trabalhado a frio irá recristalizar em uma hora.

Crescimento de grãos

O que é crescimento de grãos?

Refere-se ao aumento no tamanho médio de grão causado pelo recozimento adicional após a recristalização do material. Grãos pequenos têm menos energia livre do que grãos grandes. Cristais menores com átomos de maior energia tendem a se tornar parte de cristais maiores. Essa tendência promove o crescimento de grãos .

Processo de trabalho

Logo após a recristalização de um metal, os grãos são pequenos e de forma um tanto regular. O grão crescerá se a temperatura for alta o suficiente ou se a temperatura exceder o mínimo necessário para a recristalização. Este crescimento é o resultado de uma tendência de retorno a um estado mais estável e maior, e parece depender principalmente da forma do grão.

Para qualquer temperatura acima da temperatura de recristalização, normalmente existe um tamanho máximo prático no qual os grãos atingirão o equilíbrio e deixarão de crescer apreciavelmente, não importa quanto tempo sejam mantidos na temperatura. Existem, no entanto, certos tipos de crescimento anormal de grãos que ocorrem como resultado de gradientes de tensão aplicados ou residuais devido à distribuição não uniforme de impurezas e que permitem o crescimento de grãos únicos muito grandes.

Fatores que afetam o controle do tamanho do grão

1. Grau de deformação anterior

A quantidade aumentada de deformação prévia promove a nucleação e reduz o tamanho de grão final. Antes que a recristalização possa ocorrer, uma certa quantidade de deformação é necessária. Isso é aproximadamente 2,8 por cento da deformação total. Quando a deformação é pequena (mas maior que a deformação mínima), o tamanho de grão é grosseiro porque um pequeno número de núcleos é formado. À medida que a deformação aumenta, o número de pontos distorcidos aumenta e, portanto, o tamanho do grão diminui.

2. Temperatura

Existe uma temperatura abaixo da qual a recristalização não ocorre. O tamanho do grão aumenta gradualmente acima desta temperatura.

3. Aquecimento

O efeito do tempo de aquecimento no tamanho do grão é determinado pela temperatura na qual ocorre a recristalização. A recristalização leva um certo tempo para ser concluída, mas essa quantidade de tempo diminui à medida que a temperatura aumenta. Quanto mais fino o tamanho do grão, menor o tempo de recozimento. O grão torna-se mais grosso à medida que o tempo de recozimento aumenta. O aquecimento lento promove o crescimento de grãos formando novos núcleos, resultando em grãos grosseiros.

4. Impurezas

O tamanho de grão mais fino estará presente com uma maior quantidade e distribuição mais fina de impurezas. As impurezas promovem a nucleação e atuam como uma barreira ao crescimento de grãos.

Efeito da temperatura na recristalização de recuperação e crescimento de grãos

A Fig. 3.21 resume o efeito de vários fenômenos nas propriedades mecânicas e físicas.

P. Em qual dos seguintes processos ocorre a recristalização de recuperação e o crescimento de grãos?
a) Endurecimento da superfície
b) Revenimento
c) Fortalecimento
d) Recozimento

Resposta:- D

Explicação:- No processo de recozimento, o cristal passa por três etapas que são chamadas de recristalização de recuperação e crescimento de grão em ordem.

Perguntas frequentes

Qual ​​é a diferença entre recuperação e recristalização?

Recuperação – Um tratamento térmico de recozimento de baixa temperatura projetado para eliminar as tensões residuais introduzidas durante a deformação sem reduzir a resistência do material trabalhado a frio.

Temperatura de recristalização – A temperatura acima da qual os efeitos do encruamento são eliminados durante o recozimento.

Qual ​​é a diferença entre recristalização de recuperação e crescimento de grãos?

Recuperação ocorre a baixas temperaturas e reduz ou elimina os efeitos de encruamento.

Recristalização ocorre quando energia térmica suficiente está disponível para impulsionar a criação e o crescimento livre de tensão de novos grãos na matriz existente.

Crescimento de grãos é o resultado de altas temperaturas contínuas após a recristalização à medida que os contornos de grão são eliminados, resultando em um aumento no tamanho de grão presente, independentemente de seu tamanho de grão austenítico anterior.

Por que o trabalho a frio é necessário para a recuperação?

O trabalho a frio aumenta a resistência de um material, mas diminui sua ductilidade e condutividade elétrica. Além disso, tensões residuais são introduzidas no material devido à sobreposição e emaranhamento de discordâncias.

Quais são as forças motrizes para a recristalização e o crescimento de grãos?

A força motriz para o crescimento de grão, seja ele contínuo (crescimento de grão normal) ou descontínuo (crescimento de grão anormal), é a energia dos contornos de alto ângulo. A principal força motriz para que a recristalização ocorra é a energia armazenada durante a deformação na forma de defeitos cristalinos.