نورد تجمعی
تحولات ساختاری در نورد تجمعی

با توجه به نقش مرزدانه‌ها در تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی، مطالعه ساختاری مرزدانه‌ها در مواد تولید شده به روش نورد تجمعی از اهمیت زیادی برخوردار است. برای مطالعه ساختاری مرزدانه‌ها لازم است که از تجهیزات خاصی مانند میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک زیاد استفاده شود. مزیت مهم این روش امکان بررسی ساختار ماده در مقیاس بسیار ریز و البته در یک ناحیه خاص است. آنالیز ساختار به وسیله پرتو ایکس روش دیگری است که به کمک آن می‌توان اطلاعات ساختاری مهمی را در رابطه با عیوب کریستالی ایجاد شده در فرایندهای تغییرشکل شدید به دست آورد. این کار با مطالعه الگوی پرتو ایکس در مواد دانه‌ریز و مقایسه آن با الگوهای پرتو ایکس در مواد دانه‌درشت امکان‌پذیر می‌باشد. برخی از روش‌ها مانند میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک زیاد اطلاعات ساختاری را به صورت موضعی و برخی دیگر مانند آنالیز پرتو ایکس، اطلاعات ساختاری را به صورت کلی در اختیار قرار می‌دهد. از آنجا که این روش‌ها در ارایه اطلاعات مکمل یکدیگر هستند، برای بررسی ساختار ماده بهتر است که از هر دو روش استفاده شود. آنالیز کیفی و کمی انجام شده به وسیله این روش‌ها و روش‌های مشابه آنها نشان می‌دهد که در موادی که تحت تغییرشکل شدید قرار گرفته‌اند در مجاورت مرزدانه‌ها، تنش‌های الاستیک شدید تشکیل می‌شود. ایجاد تنش‌های الاستیک در مجاورت مرزدانه را می‌توان به ساختار غیرتعادلی مرزدانه‌ها ربط داد. در واقع وجود عیوب کریستالی، خصوصاً چگالی بالای نابجایی‌ها، عامل اصلی ایجاد تنش‌های الاستیک در مجاورت مرزدانه‌ها است. این نابجایی‌ها عامل اصلی ایجاد تنش‌های الاستیک در مجاورت مرزدانه بوده و تنها از طریق مکانیزم صعود قادر به حرکت در مرزدانه می‌باشند. نوع دوم نابجایی‌هایی که بردار برگرز آنها، موازی با صفحه مرزدانه است. حرکت این نابجایی‌ها در مرزدانه از طریق مکانیزم لغزش انجام می‌شود. ریزشدن دانه و تشکیل مرزدانه‌های با زاویه عدم تطابق زیاد در حین نورد تجمعی از طریق تقسیم دانه‌ها به واحدهای کوچک‌تر انجام می‌شود. براساس این مکانیزم که به تقسیم شدن دانه‌ها مشهور است، نابجایی‌های ایجاد شده در تغییر شکل پلاستیک در مرزهایی به نام مرزهای نابجایی تجمع و باعث تقسیم یک دانه به واحدهای کوچک‌تر می‌شوند. مرزهای نابجایی از طریق دو مکانیزم مختلف ایجاد و بر همین اساس به دو دسته تقسیم می‌شوند. دسته اول در اثر حبس و قفل شدن تصادفی نابجایی‌های درحال حرکت ایجاد می‌شود که به همین دلیل به مرزهای نابجایی تصادفی (IDB) مشهور می‌باشند. دسته دوم به دلیل فعال شدن سیستم‌های لغزشی مختلف یا تفاوت درکرنش موضعی در نواحی مختلف یک دانه ایجاد می‌شوند و به آنها مرزهای لازم از نظر هندسی (GNB) می‌گویند. در این بحث، برای سهولت مرزهای نابجایی تصادفی و مرزهای لازم از نظر هندسی را به اختصار مرزهای تصادفی و مرزهای هندسی می‌نامیم که در شکل ۲‑۱۶ به ترتیب با خطوط کم‌رنگ و پررنگ از هم جدا شده‌اند. مرزهای هندسی به شکل ممتد و تقریباً صفحه‌ای و مرزهای تصادفی به شکل سلول و نامنظم تشکیل می‌شوند. نواحی محصور به مرزهای هندسی را بلوک‌های سلولی و نواحی محصور به مرزهای تصادفی را سلول می‌نامند. با افزایش کرنش، بلوک‌های سلولی و سلول‌ها، به دلیل تجمع نابجایی درآنها، به تدریج کوچک می‌شوند. به علاوه، تعداد سلول‌های موجود در بلوک‌های سلولی نیز به تدریج کاهش می‌یابد. همزمان با این پدیده، زاویه عدم تطابق مرزهای هندسی و تصادفی افزایش می‌یابد. البته، تغییر زاویه عدم تطابق مرزهای هندسی نسبت به مرزهای تصادفی بیشتر می‌باشد. لازم است ذکر شود که در هر مرحله از تغییرشکل، مرزهای نابجایی با توزیع پراکنده‌ای از زاویه عدم تطابق تشکیل می‌شود. در کرنش‌های متوسط، میانگین زاویه عدم تطابق در حدود ۵ تا ۱۰ درجه ولی در کرنش‌های زیاد درصد قابل توجهی از مرزهای تشکیل شده از نوع مرزهای با زاویه عدم تطابق بالا می‌باشد.