La recristalización dinámica (DRX) es un tipo de proceso de recristalización que se encuentra en los campos de la metalurgia y la geología. En la recristalización dinámica, a diferencia de la recristalización estática, la nucleación y el crecimiento de nuevos granos se produce durante la deformación en lugar de después, como parte de un tratamiento térmico independiente. La reducción del tamaño de grano aumenta el riesgo de deslizamiento de los límites de grano a temperaturas elevadas, al mismo tiempo que disminuye la movilidad de las dislocaciones dentro del material. Los nuevos granos están menos deformados, lo que provoca una disminución del endurecimiento de un material. La recristalización dinámica permite nuevos tamaños y orientaciones de grano, lo que puede evitar la propagación de grietas. En lugar de que la deformación provoque la fractura del material, la deformación puede iniciar el crecimiento de un nuevo grano, consumiendo átomos de los granos preexistentes vecinos. Después de la recristalización dinámica, aumenta la ductilidad del material. [1]
En una curva de esfuerzo-deformación , el inicio de la recristalización dinámica se puede reconocer por un pico distintivo en el esfuerzo de fluencia en los datos de trabajo en caliente , debido al efecto suavizante de la recristalización. Sin embargo, no todos los materiales muestran picos bien definidos cuando se prueban en condiciones de trabajo en caliente. El inicio de DRX también se puede detectar a partir del punto de inflexión en los gráficos de la tasa de endurecimiento por deformación frente al esfuerzo. Se ha demostrado que esta técnica se puede utilizar para establecer la aparición de DRX cuando esto no se puede determinar de forma inequívoca a partir de la forma de la curva de flujo.
Si aparecen oscilaciones de tensión antes de alcanzar el estado estacionario, se producen varios ciclos de recristalización y crecimiento de grano y se dice que el comportamiento de la tensión es de tipo cíclico o de picos múltiples. El comportamiento particular de la tensión antes de alcanzar el estado estacionario depende del tamaño inicial del grano , la temperatura y la velocidad de deformación .
El DRX puede presentarse en diversas formas, entre ellas:
La recristalización dinámica depende de la velocidad de creación y movimiento de las dislocaciones. También depende de la velocidad de recuperación (la velocidad a la que se aniquilan las dislocaciones). La interacción entre el endurecimiento por deformación y la recuperación dinámica determina la estructura del grano. También determina la susceptibilidad de los granos a varios tipos de recristalización dinámica. [1] Independientemente del mecanismo, para que se produzca la cristalización dinámica, el material debe haber experimentado una deformación crítica. El tamaño final del grano aumenta con el aumento de la tensión. Para lograr estructuras de grano muy fino, las tensiones deben ser altas. [2]
Algunos autores han utilizado el término "posdinámica" o "metadinámica" para describir la recristalización que se produce durante la fase de enfriamiento de un proceso de trabajo en caliente o entre pasadas sucesivas. Esto pone de relieve el hecho de que la recristalización está directamente relacionada con el proceso en cuestión, al tiempo que reconoce que no hay deformación concurrente.
La recristalización dinámica geométrica se produce en granos con dentados locales. Al deformarse, los granos sometidos a GDRX se alargan hasta que el espesor del grano cae por debajo de un umbral (por debajo del cual los límites de dentado se cruzan y los granos pequeños se desprenden y forman granos equiaxiales). [1] Los dentados pueden ser anteriores a las tensiones que se ejercen sobre el material o pueden ser resultado de la deformación del material. [3]
La recristalización dinámica geométrica tiene 6 características principales: [3]
Si bien la GDRX se ve afectada principalmente por el tamaño inicial del grano y la deformación (dependiente de la geometría), otros factores que ocurren durante el proceso de trabajo en caliente complican el desarrollo de modelos predictivos (que tienden a simplificar demasiado el proceso) y pueden conducir a una recristalización incompleta. [3] La formación de granos equiaxiales no ocurre de manera inmediata y uniforme a lo largo de todo el grano una vez que se alcanza la tensión umbral, ya que las regiones individuales están sujetas a diferentes tensiones/deformaciones. En la práctica, un borde generalmente sinusoidal (como predijeron Martorano et al.) se forma gradualmente a medida que los granos comienzan a desprenderse a medida que cada uno alcanza el umbral. [4] Los modelos más sofisticados consideran geometrías de grano iniciales complejas, [5] presiones locales a lo largo de los límites de grano y temperatura de trabajo en caliente, [4] pero los modelos no pueden hacer predicciones precisas a lo largo de todo el régimen de tensión y la evolución de la microestructura general. Además, los límites de grano pueden migrar durante la GDRX a altas temperaturas y curvaturas de GB, arrastrándose a lo largo de los límites de subgrano y dando como resultado un crecimiento no deseado del grano original. Este nuevo grano más grande requerirá mucha más deformación para que se produzca la GDRX, y el área local será más débil en lugar de fortalecerse. [6] Por último, la recristalización se puede acelerar a medida que los granos se desplazan y se estiran, lo que hace que los límites de los subgranos se conviertan en límites de grano (el ángulo aumenta). Los granos afectados son más delgados y más largos y, por lo tanto, sufren deformaciones con mayor facilidad. [7]
La recristalización discontinua es heterogénea; existen distintas etapas de nucleación y crecimiento. Es común en materiales con baja energía de falla de apilamiento. Luego se produce la nucleación, generando nuevos granos libres de deformaciones que absorben los granos deformados preexistentes. Ocurre más fácilmente en los límites de grano, disminuyendo el tamaño de grano y, por lo tanto, aumentando la cantidad de sitios de nucleación. Esto aumenta aún más la tasa de recristalización dinámica discontinua. [3]
La recristalización dinámica discontinua tiene 5 características principales: [3]
La recristalización dinámica discontinua es causada por la interacción del endurecimiento por deformación y la recuperación. Si la aniquilación de las dislocaciones es lenta en relación con la velocidad a la que se generan, las dislocaciones se acumulan. Una vez que se alcanza la densidad crítica de dislocaciones, se produce la nucleación en los límites de grano. La migración de los límites de grano, o la transferencia de átomos de un grano grande preexistente a un núcleo más pequeño, permite el crecimiento de los nuevos núcleos a expensas de los granos preexistentes. [3] La nucleación puede ocurrir a través del abultamiento de los límites de grano existentes. Se forma un abultamiento si los subgranos que lindan con un límite de grano son de diferentes tamaños, lo que provoca una disparidad en la energía de los dos subgranos. Si el abultamiento alcanza un radio crítico, se convertirá con éxito en un núcleo estable y continuará su crecimiento. Esto se puede modelar utilizando las teorías de Cahn relacionadas con la nucleación y el crecimiento. [2]
La recristalización dinámica discontinua produce comúnmente una microestructura en forma de "collar". Dado que el crecimiento de nuevos granos es energéticamente favorable a lo largo de los límites de grano, la formación y el abultamiento de nuevos granos se produce preferentemente a lo largo de los límites de grano preexistentes. Esto genera capas de granos nuevos y muy finos a lo largo del límite de grano, dejando inicialmente intacto el interior del grano preexistente. A medida que continúa la recristalización dinámica, consume la región no recristalizada. A medida que continúa la deformación, la recristalización no mantiene la coherencia entre las capas de nuevos núcleos, lo que produce una textura aleatoria. [8]
La recristalización dinámica continua es común en materiales con energías de falla de apilamiento elevadas. Se produce cuando se forman límites de grano de ángulo bajo y evolucionan hacia límites de ángulo alto, formándose nuevos granos en el proceso. En el caso de la recristalización dinámica continua, no existe una distinción clara entre las fases de nucleación y crecimiento de los nuevos granos. [3]
La recristalización dinámica continua tiene 4 características principales: [3]
Hay tres mecanismos principales de recristalización dinámica continua:
En primer lugar, la recristalización dinámica continua puede ocurrir cuando los límites de grano de ángulo bajo se ensamblan a partir de dislocaciones formadas dentro del grano. Cuando el material se somete a una tensión continua, el ángulo de desorientación aumenta hasta que se alcanza el ángulo crítico, lo que crea un límite de grano de ángulo alto. Esta evolución puede promoverse mediante la fijación de los límites de subgrano. [3]
En segundo lugar, la recristalización dinámica continua puede ocurrir a través de la recristalización por rotación de subgranos ; los subgranos rotan aumentando el ángulo de desorientación. Una vez que el ángulo de desorientación excede el ángulo crítico, los subgranos anteriores se califican como granos independientes. [3]
En tercer lugar, la recristalización dinámica continua puede ocurrir debido a la deformación causada por las microbandas de cizallamiento . Los subgranos se ensamblan por dislocaciones dentro del grano formadas durante el endurecimiento por deformación. Si se forman microbandas de cizallamiento dentro del grano, la tensión que introducen aumenta rápidamente la desorientación de los límites de grano de ángulo bajo, transformándolos en límites de grano de ángulo alto. Sin embargo, el impacto de las microbandas de cizallamiento es localizado, por lo que este mecanismo impacta preferentemente en regiones que se deforman de forma heterogénea, como las microbandas de cizallamiento o las áreas cercanas a los límites de grano preexistentes. A medida que avanza la recristalización, se extiende desde estas zonas, generando una microestructura homogénea y equiaxial. [3]
Basándose en el método desarrollado por Poliak y Jonas, se han desarrollado algunos modelos para describir la deformación crítica para la aparición de DRX en función de la deformación máxima de la curva de tensión-deformación. Los modelos se derivan para los sistemas con un único pico, es decir, para los materiales con valores de energía de falla de apilamiento medios a bajos. Los modelos se pueden encontrar en los siguientes artículos:
El comportamiento de DRX para sistemas con múltiples picos (y también con un solo pico) se puede modelar considerando la interacción de múltiples granos durante la deformación. Es decir, el modelo de conjunto describe la transición entre el comportamiento de un solo pico y el comportamiento de múltiples picos en función del tamaño de grano inicial. También puede describir el efecto de los cambios transitorios de la tasa de deformación en la forma de la curva de flujo. El modelo se puede encontrar en el siguiente artículo: