回収（冶金）

冶金学において、回復とは、金属または合金の変形した粒子が結晶構造内の欠陥を除去または再配置することによって蓄積エネルギーを減らすことができるプロセスです。これらの欠陥、主に転位は、材料の塑性変形によって導入され、材料の降伏強度を高める働きをします。回復により転位密度が減少するため、このプロセスでは通常、材料の強度が低下し、同時に延性が増加します。その結果、回復は状況に応じて有益または有害と見なされる場合があります。

回復は、再結晶化と粒成長という類似のプロセスに関連しており、それぞれが焼鈍の段階です。回復は再結晶化と競合します。どちらも蓄積されたエネルギーによって駆動されるからです。しかし、回復は再結晶化された粒子の核形成に必要な前提条件でもあると考えられています。転位の減少により電気伝導性が回復するため、このように呼ばれています。これにより欠陥のないチャネルが作成され、電子の平均自由行程が増加します。^[1]

回復、再結晶、粒成長と呼ばれる物理的プロセスは、正確に区別することが難しい場合が多い。Dohertyら(1998) は次のように述べている。

「著者らは、回復とは、高角粒界の移動なしに変形した材料で起こるすべての焼鈍プロセスとして定義できることに同意した。」

したがって、このプロセスは、高角度粒界の広範な移動を特徴とする再結晶および粒成長とは区別できます。

変形中に回復が起こる場合（高温処理ではよくある状況）は「動的」回復と呼ばれ、処理後に起こる回復は「静的」回復と呼ばれます。主な違いは、動的回復中は、蓄積されたエネルギーが回復プロセスによって減少しても引き続き導入され、結果として動的平衡の形になるという点です。

大きく変形した金属には、主に「もつれ」や「森」に巻き込まれた膨大な数の転位が含まれます。積層欠陥エネルギーが低い金属では転位の動きが比較的難しいため、変形後の転位の分布はほぼランダムです。対照的に、アルミニウムなどの中程度から高い積層欠陥エネルギーを持つ金属は、セル壁が転位の粗いもつれで構成されるセル構造を形成する傾向があります。セルの内部では、それに応じて転位密度が減少します。

各転位は、材料に蓄えられたエネルギーにわずかながら有限な量を加えるひずみ場と関連しています。温度が上昇すると（通常は絶対融点の 3 分の 1 未満）、転位は可動性になり、滑走、交差滑り、上昇が可能になります。反対の符号を持つ 2 つの転位が出会うと、それらは事実上打ち消し合い、蓄えられたエネルギーへの寄与が除去されます。消滅が完了すると、1 種類の余分な転位のみが残ります。

消滅後、残った転位は整列して整列し、蓄積されたエネルギーに対する個々の寄与は、ひずみ場の重なりによって減少します。最も単純なケースは、同一のバーガースベクトルの刃状転位の配列です。この理想的なケースは、単一の滑り系で変形する単一の結晶を曲げることによって生成できます (1949 年に Cahn が行った最初の実験)。刃状転位は、低角粒界の単純な例である傾斜境界に再配置されます。粒界理論では、境界の配向ずれが増加すると、境界のエネルギーは増加しますが、転位あたりのエネルギーは減少すると予測されています。したがって、より少数の、より配向ずれの大きい境界を生成する原動力があります。大きく変形した多結晶材料の状況は、当然のことながらより複雑です。異なるバーガースベクトルの多くの転位が相互作用して、複雑な 2 次元ネットワークを形成する可能性があります。

前述のように、変形した構造は多くの場合、転位の絡み合いからなる壁を持つ 3D セル構造です。回復が進むにつれて、これらのセル壁は真の結晶粒界構造へと変化します。これは、無関係な転位が徐々に除去され、残りの転位が低角粒界に再配置されることによって起こります。

サブグレインの形成に続いてサブグレインが粗大化し、平均サイズが増大する一方でサブグレインの数は減少します。これにより、粒界の総面積が減少し、材料に蓄積されたエネルギーが減少します。サブグレイン粗大化は、粒成長と多くの共通点があります。

サブ構造が半径 R と境界エネルギー γ _sの球状サブグレインの配列に近似でき、蓄積されたエネルギーが均一で、境界上の力が均等に分散されている場合、駆動圧力 P は次のように表されます。

${\displaystyle P=-\alpha \;R{\frac {d}{dR}}\left({\frac {\gamma \;_{s}}{R}}\right)\,\!}$

γ _{s は}周囲の亜結晶粒の境界方位差に依存するため、駆動圧力は一般に粗大化を通じて一定に保たれません。

• RD Doherty、DA Hughes、FJ Humphreys、JJ Jonas、D Juul Jenson、ME Kassner、WE King、TR McNelley、HJ McQueen、AD Rollett (1997)。「再結晶化の現在の問題: レビュー」。材料科学と工学。A238 : 219–274。