Recrystallization and related annealing phenomena

[Recrystallization and related annealing phenomena]

구독 후 다운로드 해주세요

---

 

CONTENTS

Colour plates xvii
Symbols xxi
Abbreviations xxiii
Preface to the first edition xxv
Preface to the second edition xxvii
Acknowledgements xxix

CHAPTER 1

INTRODUCTION 1

1.1 The annealing of a deformed material 1
1.1.1 Outline and terminology 1
1.1.2 The importance of annealing 4
1.2 Historical perspective 4
1.2.1 The early development of the subject 4
1.2.2 Some key literature (1952–2003) 6
1.3 Forces, pressures and units 9
1.3.1 Pressure on a boundary 9
1.3.2 Units and the magnitude of the driving pressure 10

CHAPTER 2

THE DEFORMED STATE 11

2.1 Introduction 11
2.2 The stored energy of cold work 12
2.2.1 Origin of the stored energy 12
2.2.2 Measurements of overall stored energy 14
2.2.3 Relationship between stored energy and microstructure 16
2.3 Crystal plasticity 24
2.3.1 Slip and twinning 24
2.3.2 Deformation of polycrystals 25

2.4 Cubic metals which deform by slip 26
2.4.1 The microstructural hierarchy 27
2.4.2 The evolution of the deformation microstructure
in cell-forming metals 28
2.4.3 Non-cell-forming metals 35
2.5 Cubic metals which deform by slip and twinning 35
2.5.1 Deformation twinning 35
2.5.2 The effect of stacking fault energy 37
2.6 Close packed hexagonal (CPH) metals 39
2.7 Deformation bands 41
2.7.1 The nature of deformation bands 41
2.7.2 The formation of deformation bands 42
2.7.3 Transition bands 42
2.7.4 The conditions under which deformation bands form 42
2.8 Shear bands 44
2.8.1 Metals of medium or high stacking fault energy 44
2.8.2 Metals of low stacking fault energy 44
2.8.3 The formation of shear bands 47
2.8.4 The conditions for shear banding 47
2.9 The microstructures of deformed two-phase alloys 48
2.9.1 Dislocation distribution in alloys containing
deformable particles 50
2.9.2 Dislocation distribution in alloys containing
non-deformable particles 52
2.9.3 Dislocation structures at individual particles 57
2.9.4 Deformation zones at particles 60

CHAPTER 3

DEFORMATION TEXTURES 67

3.1 Introduction 67
3.2 Deformation textures in face-centred cubic (FCC) metals 68
3.2.1 Pure metal texture 68
3.2.2 Alloy texture 72
3.3 Deformation textures in body-centred cubic (BCC) metals 74
3.4 Deformation textures in close packed hexagonal (CPH) metals 76
3.5 Fibre textures 78
3.6 Factors which influence texture development 79
3.6.1 Rolling geometry and friction 79
3.6.2 Deformation temperature 80
3.6.3 Grain size 81
3.6.4 Shear banding 82
3.6.5 Second-phase particles 82
3.7 Theories of deformation texture development 83
3.7.1 Macroscopic models 83

3.7.2 Recent models 86
3.7.3 The texture transition 86

CHAPTER 4
THE STRUCTURE AND ENERGY OF GRAIN
BOUNDARIES 91

4.1 Introduction 91
4.2 The orientation relationship between grains 92
4.3 Low angle grain boundaries 95
4.3.1 Tilt boundaries 95
4.3.2 Other low angle boundaries 97
4.4 High angle grain boundaries 98
4.4.1 The coincidence site lattice 98
4.4.2 The structure of high angle boundaries 100
4.4.3 The energy of high angle boundaries 102
4.5 The topology of boundaries and grains 104
4.5.1 Two-dimensional microstructures 105
4.5.2 Three-dimensional microstructures 106
4.5.3 Grain boundary facets 108
4.5.4 Boundary connectivity 108
4.5.5 Triple junctions 109
4.6 The interaction of second-phase particles with boundaries 109
4.6.1 The drag force exerted by a single particle 109
4.6.2 The drag pressure due to a distribution of particles 112

CHAPTER 5
THE MOBILITY AND MIGRATION
OF BOUNDARIES 121

5.1 Introduction 121
5.1.1 The role of grain boundary migration during annealing 121
5.1.2 The micro mechanisms of grain boundary migration 122
5.1.3 The concept of grain boundary mobility 123
5.1.4 Measuring grain boundary mobilities 124
5.2 The mobility of low angle grain boundaries 124
5.2.1 The migration of symmetrical tilt boundaries under stress 124
5.2.2 General low angle boundaries 126
5.3 Measurements of the mobility of high angle boundaries 134
5.3.1 The effect of temperature on grain boundary mobility in
high purity metals 135
5.3.2 The effect of orientation on grain boundary migration in
high purity metals 137

5.3.3 The influence of solutes on boundary mobility 145
5.3.4 The effect of point defects on boundary mobility 150
5.3.5 The scope of experimental measurements 153
5.4 Theories of the mobility of high angle boundaries 153
5.4.1 Theories of grain boundary migration in pure metals 153
5.4.2 Theories of grain boundary migration in solid solutions 160
5.5 The migration of triple junctions 165
5.5.1 Introduction 166
5.5.2 The importance of triple junction mobility 167

CHAPTER 6
RECOVERY AFTER DEFORMATION 169

6.1 Introduction 169
6.1.1 The occurrence of recovery 169
6.1.2 Properties affected by recovery 171
6.2 Experimental measurements of recovery 173
6.2.1 The extent of recovery 173
6.2.2 Measurements of recovery kinetics 174
6.3 Dislocation migration and annihilation during recovery 178
6.3.1 General considerations 178
6.3.2 The kinetics of dipole annihilation 179
6.3.3 Recovery kinetics of more complex
dislocation structures 181
6.4 Rearrangement of dislocations into stable arrays 185
6.4.1 Polygonization 185
6.4.2 Subgrain formation 186
6.5 Subgrain coarsening 188
6.5.1 The driving force for subgrain growth 188
6.5.2 Experimental measurements of subgrain coarsening 189
6.5.3 Subgrain growth by boundary migration 193
6.5.4 Subgrain growth by rotation and coalescence 200
6.5.5 Recovery mechanisms and the nucleation
of recrystallization 206
6.6 The effect of second-phase particles on recovery 207
6.6.1 The effect of particles on the rate of subgrain growth 208
6.6.2 The particle-limited subgrain size 210

CHAPTER 7
RECRYSTALLIZATION OF SINGLE-PHASE ALLOYS 215

7.1 Introduction 215
7.1.1 Quantifying recrystallization 217
7.1.2 The laws of recrystallization 220

7.2 Factors affecting the rate of recrystallization 221
7.2.1 The deformed structure 221
7.2.2 The grain orientations 225
7.2.3 The original grain size 227
7.2.4 Solutes 228
7.2.5 The deformation temperature and strain rate 229
7.2.6 The annealing conditions 229
7.3 The formal kinetics of primary recrystallization 232
7.3.1 The Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov (JMAK) model 232
7.3.2 Microstructural path methodology 235
7.4 Recrystallization kinetics in real materials 239
7.4.1 Non-random spatial distribution of nuclei 239
7.4.2 The variation of growth rate during
recrystallization 241
7.5 The recrystallized microstructure 248
7.5.1 The grain orientations 248
7.5.2 The grain size 248
7.5.3 The grain shape 249
7.6 The nucleation of recrystallization 250
7.6.1 Classical nucleation 250
7.6.2 Strain-induced grain boundary migration (SIBM) 251
7.6.3 The preformed nucleus model 257
7.6.4 Nucleation sites 259
7.7 Annealing Twins 261
7.7.1 Introduction 261
7.7.2 Mechanisms of twin formation 263
7.7.3 Twin formation during recovery 264
7.7.4 Twin formation during recrystallization 264
7.7.5 Twin formation during grain growth 266

CHAPTER 8
RECRYSTALLIZATION OF ORDERED
MATERIALS 269

8.1 Introduction 269
8.2 Ordered structures 270
8.2.1 Nature and stability 270
8.2.2 Deformation of ordered materials 271
8.2.3 Microstructures and deformation textures 272
8.3 Recovery and recrystallization of ordered materials 274
8.3.1 L12 structures 275
8.3.2 B2 structures 278
8.3.3 Domain structures 279
8.4 Grain growth 280
8.5 Dynamic recrystallization 282
8.6 Summary 282

 

CHAPTER 9
RECRYSTALLIZATION OF TWO-PHASE ALLOYS 285

9.1 Introduction 285
9.1.1 The particle parameters 286
9.1.2 The deformed microstructure 286
9.2 The observed effects of particles on recrystallization 287
9.2.1 The effect of particle parameters 287
9.2.2 The effect of strain 289
9.2.3 The effect of particle strength 291
9.2.4 The effect of microstructural homogenisation 292
9.3 Particle stimulated nucleation of recrystallization 293
9.3.1 The mechanisms of PSN 294
9.3.2 The orientations of grains produced by PSN 298
9.3.3 The efficiency of PSN 301
9.3.4 The effect of particle distribution 302
9.3.5 The effect of PSN on the recrystallized microstructure 302
9.4 Particle pinning during recrystallization (Zener drag) 304
9.4.1 Nucleation of recrystallization 304
9.4.2 Growth during recrystallization 306
9.5 Bimodal particle distributions 306
9.6 The control of grain size by particles 307
9.7 Particulate metal-matrix composites 309
9.8 The interaction of precipitation and recrystallization 310
9.8.1 Introduction 310
9.8.2 Regime I – Precipitation before recrystallization 312
9.8.3 Regime II – Simultaneous recrystallization and precipitation 314
9.8.4 Regime III – Recrystallization before precipitation 316
9.9 The recrystallization of duplex alloys 316
9.9.1 Equilibrium microstructures 317
9.9.2 Non-equilibrium microstructures 318

CHAPTER 10
THE GROWTH AND STABILITY OF CELLULAR
MICROSTRUCTURES 321

10.1 Introduction 321
10.2 The model 322
10.3 Stability of single-phase microstructure 326
10.3.1 Low angle boundaries – Recovery 326
10.3.2 High and low angle boundaries – Recrystallization 328
10.3.3 High angle boundaries – Grain growth 328
10.3.4 The stability of microstructures after very large strains 329
10.4 Stability of two-phase microstructures 329
10.5 Summary 331

 

 

반응형

 

CHAPTER 11
GRAIN GROWTH FOLLOWING
RECRYSTALLIZATION 333

11.1 Introduction 333
11.1.1 The nature and significance of grain growth 334
11.1.2 Factors affecting grain growth 335
11.1.3 The Burke and Turnbull analysis of
grain growth kinetics 335
11.1.4 Comparison with experimentally measured kinetics 337
11.1.5 Topological aspects of grain growth 339
11.2 The development of theories and models of grain growth 341
11.2.1 Introduction 341
11.2.2 Early statistical theories 342
11.2.3 The incorporation of topology 343
11.2.4 Deterministic theories 347
11.2.5 Recent theoretical developments 349
11.2.6 Which theory best accounts for grain growth in an
ideal material? 350
11.3 Grain orientation and texture effects during grain growth 351
11.3.1 Kinetics 351
11.3.2 The effect of grain growth on grain boundary character
distribution 353
11.4 The effect of second-phase particles on grain growth 356
11.4.1 Kinetics 357
11.4.2 The particle-limited grain size 358
11.4.3 Particle instability during grain growth 363
11.4.4 Grain rotation 365
11.4.5 Dragging of particles by boundaries 367
11.5 Abnormal grain growth 368
11.5.1 The phenomenon 369
11.5.2 The effect of particles 370
11.5.3 The effect of texture 374
11.5.4 Surface effects 376
11.5.5 The effect of prior deformation 378

CHAPTER 12
RECRYSTALLIZATION TEXTURES 379

12.1 Introduction 379
12.2 The nature of recrystallization textures 380
12.2.1 Recrystallization textures in fcc metals 380
12.2.2 Recrystallization textures in bcc metals 387
12.2.3 Recrystallization textures in hexagonal metals 390

12.2.4 Recrystallization textures in two-phase alloys 390
12.3 The theory of recrystallization textures 393
12.3.1 Historical background 393
12.3.2 Oriented growth 394
12.3.3 Oriented nucleation 397
12.3.4 The relative roles of oriented nucleation and
oriented growth 400
12.3.5 The role of twinning 401
12.4 The evolution of textures during annealing 403
12.4.1 The cube texture in fcc metals 403
12.4.2 The recrystallization textures of low-carbon steels 407
12.4.3 Recrystallization textures of two-phase alloys 408
12.4.4 Texture development during grain growth 411

CHAPTER 13
HOT DEFORMATION AND DYNAMIC
RESTORATION 415

13.1 Introduction 415
13.2 Dynamic recovery 416
13.2.1 Constitutive relationships 417
13.2.2 Mechanisms of microstructural evolution 418
13.2.3 The microstructures formed during dynamic recovery 419
13.2.4 Texture formation during hot deformation 424
13.2.5 Modelling the evolution of microstructure 427
13.3 Discontinuous dynamic recrystallization 427
13.3.1 The characteristics of dynamic recrystallization 428
13.3.2 The nucleation of dynamic recrystallization 429
13.3.3 Microstructural evolution 431
13.3.4 The steady state grain size 433
13.3.5 The flow stress during dynamic recrystallization 434
13.3.6 Dynamic recrystallization in single crystals 435
13.3.7 Dynamic recrystallization in two-phase alloys 436
13.4 Continuous dynamic recrystallization 437
13.4.1 Types of continuous dynamic recrystallization 437
13.4.2 Dynamic recrystallization by progressive lattice rotation 438
13.5 Dynamic recrystallization in minerals 441
13.5.1 Boundary migration in minerals 442
13.5.2 Migration and rotation recrystallization 444
13.6 Annealing after hot deformation 444
13.6.1 Static recovery 445
13.6.2 Static recrystallization 446
13.6.3 Metadynamic recrystallization 447
13.6.4 PSN after hot deformation 448
13.6.5 Grain growth after hot working 450

 

CHAPTER 14
CONTINUOUS RECRYSTALLIZATION DURING
AND AFTER LARGE STRAIN DEFORMATION 451

14.1 Introduction 451
14.2 Microstructural stability after large strains 452
14.3 Deformation at ambient temperatures 453
14.3.1 The development of stable microstructures by
large strain deformation 453
14.3.2 The effect of the initial grain size 455
14.3.3 The effect of second-phase particles 457
14.3.4 The transition from discontinuous to continuous
recrystallization 457
14.3.5 The mechanism of continuous recrystallization in aluminium 458
14.4 Deformation at elevated temperatures 461
14.4.1 Geometric dynamic recrystallization 461
14.4.2 The conditions for geometric dynamic recrystallization 462
14.4.3 The grain size resulting from geometric dynamic
recrystallization 464
14.5 The stability of micron-grained microstructures against grain growth 465
14.5.1 Single-phase alloys 465
14.5.2 Two-phase alloys 466

CHAPTER 15
CONTROL OF RECRYSTALLIZATION 469

15.1 Introduction 469
15.2 Processing of some industrial aluminium alloys 469
15.2.1 Commercial purity aluminium 470
15.2.2 The production of aluminium beverage cans (AA3xxx) 472
15.2.3 Al–Mg–Si automotive sheet (AA6xxx) 476
15.3 Texture control in cold rolled and annealed sheet steel 478
15.3.1 Introduction 478
15.3.2 Background 480
15.3.3 Batch annealed, Al-killed, low carbon forming steels 482
15.3.4 Ultra-low carbon steels 485
15.3.5 Extra low carbon, high strength steels 487
15.4 Recent developments in grain oriented, silicon steel sheets 488
15.4.1 Introduction 488
15.4.2 Production of silicon steel sheets 489
15.4.3 The development of the Goss texture 491
15.4.4 Recent developments 492
15.5 Commercial superplastic aluminium alloys 495
15.5.1 Superplasticity and microstructure 495

15.5.2 Development of the microstructure by static recrystallization 496
15.5.3 Development of the microstructure by
dynamic recrystallization 497
15.6 Sub-micron-grained alloys 499
15.6.1 Background 499
15.6.2 Processing methods 500
15.6.3 Properties and applications or SMG alloys 504
15.6.4 Summary 505

CHAPTER 16
COMPUTER MODELLING AND SIMULATION OF
ANNEALING 507

16.1 Introduction 507
16.1.1 The role of computer simulation 507
16.1.2 The status of computer simulation 508
16.2 Micro models 509
16.2.1 Monte Carlo simulations 509
16.2.2 Cellular automata 514
16.2.3 Molecular dynamics 515
16.2.4 Vertex simulations 516
16.2.5 Computer Avrami models 522
16.2.6 Neural network modelling 522
16.3 Coupled models 524
16.3.1 The annealing of ‘real’ microstructures 524
16.3.2 The annealing of computer generated deformation
microstructures 524
16.3.3 Modelling an industrial thermomechanical process 524

APPENDIX 1
TEXTURE 527

A1.1 Representation of texture 527
A1.1.1 Pole figures 528
A1.1.2 Inverse pole figures 528
A1.1.3 Orientation distribution functions and Euler space 529
A1.1.4 Rodrigues-Frank space 531
A1.1.5 Misorientations 533
A1.2 Measurement of macrotexture 533
A1.2.1 X-ray diffraction 533
A1.2.2 Neutron diffraction 535
A1.3 Measurement of microtexture 535
A1.3.1 Optical methods 535
A1.3.2 Deep etching 536

A1.3.3 Transmission electron microscopy (TEM) 536
A1.3.4 Electron backscatter diffraction (EBSD) 537

APPENDIX 2
THE MEASUREMENT OF RECRYSTALLIZATION 541

A2.1 Techniques for measuring recrystallization 541
A2.1.1 Optical microscopy 542
A2.1.2 Transmission electron microscopy 542
A2.1.3 Scanning electron microscopy 542
A2.1.4 Electron backscatter diffraction 542
A2.1.5 X-ray diffraction 543
A2.1.6 Ultrasonics 543
A2.1.7 Property measurements 543
A2.2 Driving pressure for recrystallization 544
A2.2.1 Calorimetry 544
A2.2.2 X-ray diffraction 544
A2.2.3 Electron microscopy and diffraction 544
A2.3 Fraction recrystallized 545
A2.3.1 Microscopical methods 545
A2.3.2 EBSD methods 546
A2.4 Nucleation and growth rates 546
A2.4.1 Nucleation of recrystallization 546
A2.4.2 Growth rates 547
A2.5 Grain and subgrain size 547
A2.5.1 EBSD measurement 548
A2.5.2 Calculation of size 549
A2.5.3 Precision of measurement 550
A2.6 Grain boundary character distribution 550
A2.6.1 Misorientation angle 550
A2.6.2 Misorientation axis 552
A2.6.3 Boundary plane 552
A2.7 Grain boundary properties 552
A2.7.1 Boundary energy 552
A2.7.2 Boundary mobility 553
A2.8 Parameters of two-phase alloys 555
A2.8.1 Particle size 555
A2.8.2 Volume fraction 555
A2.8.3 Interparticle spacing 555
A2.8.4 Particle distribution 556

REFERENCES 557
SUBJECT INDEX 617

 

Recrystallization and Related Annealing Phenomena, Second Edition (Pergamon Materials Series).pdf

12.07MB