Recristalización por rotación de subgranos

En metalurgia , ciencia de los materiales y geología estructural , la recristalización por rotación de subgranos se reconoce como un mecanismo importante para la recristalización dinámica . Implica la rotación de límites de subgranos inicialmente de bajo ángulo hasta que el desajuste entre las redes cristalinas a través del límite es suficiente para que se consideren límites de grano . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Este mecanismo se ha reconocido en muchos minerales (incluidos cuarzo , calcita , olivino , piroxenos , micas , feldespatos , halita , granates y circones ) y en metales (diversas aleaciones de magnesio , aluminio y níquel ). ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

En metales y minerales, los granos son estructuras ordenadas en diferentes orientaciones cristalinas. Los subgranos se definen como granos que están orientados en un  ángulo < 10–15 grados en el límite de grano, lo que hace que sea un límite de grano de bajo ángulo (LAGB). Debido a la relación entre la energía y el número de dislocaciones en el límite de grano, hay una fuerza impulsora para que se formen y crezcan menos límites de grano de alto ángulo (HAGB) en lugar de un mayor número de LAGB. La energética de la transformación depende de la energía interfacial en los límites, la geometría de la red (espaciado atómico y planar), la estructura [es decir FCC / BCC / HCP ] del material y los grados de libertad de los granos involucrados ( desorientación , inclinación). El material recristalizado tiene menos área total de límite de grano, lo que significa que la falla por fractura frágil a lo largo del límite de grano es menos probable.

La recristalización por rotación de subgranos es un tipo de recristalización dinámica continua . La recristalización dinámica continua implica la evolución de granos de bajo ángulo a granos de alto ángulo, aumentando su grado de desorientación. ^{[ 6 ]} Un mecanismo podría ser la migración y aglomeración de dislocaciones del mismo signo en el LAGB, seguida del cizallamiento del límite de grano. ^{[ 7 ]} La transformación ocurre cuando los límites de subgrano contienen pequeños precipitados que los fijan en su lugar. A medida que los límites de subgrano absorben dislocaciones, los subgranos se transforman en granos por rotación, en lugar de crecimiento. Este proceso generalmente ocurre a temperaturas elevadas, lo que permite que las dislocaciones se deslicen y asciendan; a bajas temperaturas, el movimiento de las dislocaciones es más difícil y los granos son menos móviles. ^{[ 8 ]}

Por el contrario, la recristalización dinámica discontinua implica la nucleación y el crecimiento de nuevos granos, donde, debido al aumento de la temperatura y/o la presión, los nuevos granos crecen en ángulos elevados en comparación con los granos circundantes.

La resistencia del grano generalmente sigue la relación de Hall-Petch , que establece que la resistencia del material disminuye con la raíz cuadrada del tamaño del grano. Un mayor número de subgranos más pequeños conlleva una mayor tensión de fluencia , por lo que algunos materiales pueden fabricarse intencionadamente para tener muchos subgranos; en este caso, debe evitarse la recristalización por rotación de subgranos.

También pueden formarse precipitados en los límites de grano. Se ha observado que los precipitados en los límites de subgrano crecen con una forma más alargada, paralela a los granos adyacentes, mientras que los precipitados en los límites de grano de alto ángulo (HAGB) son más compactos. Esta diferencia en la relación de aspecto puede proporcionar distintos efectos de endurecimiento al material; los precipitados largos en forma de placa en los límites de grano de bajo ángulo (LAGB) pueden delaminarse y provocar una fractura frágil bajo tensión. La recristalización por rotación de subgrano reduce el número de LAGB, disminuyendo así el número de precipitados planos y largos, y también el número de vías disponibles para esta fractura frágil.

Se pueden observar diferentes granos y sus orientaciones utilizando técnicas de microscopía electrónica de barrido (MEB), como la difracción de electrones retrodispersados ​​(EBSD) o la microscopía óptica polarizada (MOP). Las muestras se laminan inicialmente en frío o en caliente para introducir una alta densidad de dislocaciones y luego se deforman a diferentes velocidades de deformación para que ocurra la recristalización dinámica. La deformación puede ser en forma de compresión, tensión o torsión. ^{[ 6 ]} Los granos se alargan en la dirección de la tensión aplicada y el ángulo de desorientación de los límites de subgrano aumenta. ^{[ 8 ]}