Computer simulation of recrystallization—III. Influence of a dispersion of fine particles

A.D. Rollett; D.J. Srolovitz; M.P. Anderson; R.D. Doherty

doi:10.1016/0956-7151(92)90062-J

Two-dimensional Monte Carlo simulations of recrystallization have been carried out in the presence of incoherent and immobile particles for a range of different particle fractions, a range of stored energies and a range of densities of potential nuclei (embryos). For stored energies greater than a critical value ( H/ J > 1) the recrystallization front can readily pass the particles leading to a random density of particles on the front and a negligible influence of particles on the recrystallization kinetics. At lower stored energies the particles pin the recrystallization front leading to incomplete recrystallization. However at very low particle fractions, when the new grain has grown much larger than the matrix grains, before meeting any particles, the new grains can complete the consumption of the deformed grains giving complete “recrystallization” by a process that appears to be similar to abnormal grain growth. Particles are, as reported previously, very effective at pinning grain boundaries, both of the deformed and recrystallized grains, when boundaries migrate under essentially the driving force of boundary energy alone. Such boundaries show a density of particles that rises rapidly from the random value found at the start of the simulation. As a consequence, particles very strongly inhibit normal grain growth after recrystallization. Such growth can only occur if the as-recrystallized grain size is less than the limiting grain size seen in the absence of recrystallization. Under these circumstances a small increment of grain growth occurs until the grain boundaries once again acquire a higher than random density of particles. On effectue des simulations de Monte-Carlo à deux dimensions pour étudier la recristallisation en présence de particules incohérentes et immobiles pour une gamme de fractions différentes de particules, une gamme d'énergies stockées imposées et une gamme de densité de germes potentiels (embryons). Pour des énergies stockées supérieures à une valeur critique ( H/ J > 1), le front de recristallisation peut facilement traverser les particules, conduisant à une densité aléatoire de particules sur le front et à une influence négligeable des particules sur la cinétique de recristallisation. Pour de plus basses énergies stockées les particules épinglent le front de recristallisation, conduisant à une recristallisation incomplète. Cependant, pour de très faibles fractions de particules, lorsque le nouveau grain est devenu beaucoup plus grand que ceux de la matrice, avant de recontrer une particle quelconque, les nouveaux grains peuvent achever l'absorption des grains déformes, créant une “recristallisation” complète par un processus qui est semblable à celui de la croissance anormale des grains. Comme on l'a déjà signalé, les particules sont très efficaces pour l'épinglage des joints de grains, tant déformés que recristallisés, lorsque les joints migrent principalement sous l'effet de la force motrice de l'énergie intergranulaire seule. De tels joints révèlent une densité de particules qui s'élève rapidement depuis la valeur aléatoire trouvée au début de la simulation. En conséquence, les particules empêchent très fortement une croissance normale des grains après la recristallisation. Une telle croissance ne peut se produire que si la taille des grains recristallisés est inférieure à la taille limite du grain en l'absence de recristallisation. Dans ce cas, une petite augmentation de la croissance des grains se produit, jusqu'à ce que les joints de grains acquièrent une densité de particules supérieure à la densité aléatoire. Die Rekristallisation in Gegenwart von inkohärenten und unbeweglichen Teilchen wird für verschiedene Teilchenanzahldichten, gespeicherte Energien und Dichten möglicher Keime (Embryos) mittels einer zweidimensionalen Monte-Carlo-Rechnung simuliert. Bei einer gespeicherten Energie oberhalb einem kritischen Wert ( H/ J > 1) kann die Rekristallisationsfront die Teilchen einfach passieren, welches zu einer zufälligen Dichte von Teilchen auf der Front und zu einem vernachlässigbaren Einfluβ der Teilchen auf die Rekirstallisationskinetik führt. Bei geringererggespeicherter Energie verankern die Teilchen die Rekristallisationsfront, welches zu unvollständiger Rekristallisation führt. Allerdings können im Falle sehr kleiner Teilchendichten die neuen Körner vor dem Treffen auf Teilchen viel gröβer werden als die Matrixkörner und die verformten Körner vollständig aufzehren; das führt zu einer vollständigen “Rekristallisation”, die ähnlich dem abnormalen Kornwachstum ist. Teilchen können, wie früher ausgeführt, Korngrenzen sowohl der verformten wie auch der rekristallisierten Körner sehr wirksam verankern, wenn die Korngrenzen im wesentlichen unter der treibenden Kraft durch die Korngrenzenergie alleine wandern. Solche Korngrenzen weisen eine Teilchendichte auf, die rasch von dem zufälligen, zu Beginn der Simulation beobachteten Wert aus ansteigt. Daher behindern die Teilchen sehr stark das normale Kornwachstum nach der Rekristallisation. Ein solches Wachstum kann nur stattfinden, wenn die Gröβe der rekristallisierten Körner kleiner ist als die in Abwesenheit der Rekristallisation geltende Grenze der Korngröβe. Unter diesen Umständen tritt eine kleine Zunahme des Kornwachstums auf, bis die Korngrenzen wiederum eine höhere Teilchendichte als die zufällige Dichte aufgenommen haben.

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