Temperatura rekrystalizacji w odróżnieniu od stałych fizycznych, jak np. temperatura topnienia, ma charakter umowny. Jest to właściwość materiału nie mająca określonej wartości, ponieważ zależy od licznych czynników, jak: stopień odkształcenia, czas wygrzewania, czystość i wyjściowa wielkość ziarna materiału, wreszcie intensywność zdrowienia. Umownie przyjmuje się, iż temperatura rekrystalizacji jest temperaturą, w której dany metal poddany określonemu odkształceniu zrekrystalizuje się całkowicie w ciągu godziny.
Temperatura rekrystalizacji zależy w pewnym stopniu od temperatury topnienia metalu. Orientacyjną wartość temperatury rekrystalizacji metali i stopów technicznych (w temperaturze bezwzględnej) wyraża empiryczna zależność Boczwara:
Wzrost stopnia odkształcenia wyraźnie obniża temperaturę rekrystalizacji (przy stałym czasie), ponieważ większe odchylenie od stanu równowagi ustępuje pod wpływem słabszego impulsu. Zależność jest silna od mniejszych gniotów, ale po przekroczeniu 50% gniotu temperatura rekrystalizacji dąży do ustabilizowania się (rys. 4.7 ). Wydłużenie czasu wygrzewania izotermicznego obniża temperaturę rekrystalizacji.
Rys.4.7. Wpływ stopnia odkształcenia na temperaturę rekrystalizacji Al 99,99% (wygrzewanie 1h ), 1-temperatura rekrystalizacji, 2- wielkość ziarna. [14]
Zanieczyszczenia metalu powiększają temperaturę rekrystalizacji, ponieważ atomy obce ograniczają ruchliwość granic ziarn. Bardzo czyste metale mają temperatury rekrystalizacji rzędu 0,3 Tt. Zawartość nawet małych ilości domieszek wyraźnie podwyższa tę temperaturę, np. temperatura rekrystalizacji niklu wysokiej czystości wynosi ok. 240°C, a dodatek 0,1% chromu lub molibdenu podwyższa ją do ok. 420°C.
Wreszcie temperaturę rekrystalizacji obniża drobnoziarnista struktura wyjściowa metalu i niska temperatura odkształcenia plastycznego.
Temperatura rekrystalizacji to jedno z kluczowych pojęć w dziedzinie obróbki plastycznej metali oraz nauki o materiałach. Odnosi się ona do temperatury, w której zachodzi proces rekrystalizacji, czyli powstawania nowych, wolnych od naprężeń i zniekształceń ziaren w strukturze metalu, który wcześniej uległ zgniotowi podczas odkształcenia plastycznego na zimno. Proces ten ma zasadnicze znaczenie dla przywrócenia pierwotnych właściwości mechanicznych materiału, takich jak plastyczność i ciągliwość, utraconych podczas intensywnego odkształcenia.
Rekrystalizacja jest możliwa tylko wtedy, gdy metal wcześniej został odkształcony plastycznie, co oznacza, że musi nastąpić nagromadzenie dyslokacji i defektów w sieci krystalicznej. W wyniku odkształcenia struktura materiału staje się coraz bardziej zgnieciona, a ziarna wydłużają się i tracą swój regularny kształt. W takim stanie metal staje się twardszy, ale jednocześnie bardziej kruchy. Pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury zaczynają się tworzyć nowe zarodki ziaren, które następnie rosną, zastępując stare, zniekształcone ziarna.
Temperatura rekrystalizacji nie jest wartością stałą i zależy od wielu czynników. Ogólnie przyjmuje się, że dla większości metali czystych temperatura ta wynosi od 0,3 do 0,5 temperatury topnienia danego metalu wyrażonej w skali absolutnej (Kelwina). Na przykład dla czystego żelaza, którego temperatura topnienia wynosi około 1538°C, temperatura rekrystalizacji mieści się w zakresie 400–700°C. Jednak w praktyce przemysłowej wiele metali przetwarza się w obecności domieszek i w różnym stopniu odkształcenia, co powoduje przesunięcia tego zakresu.
Obecność domieszek i stopów ma znaczący wpływ na temperaturę rekrystalizacji. Nawet niewielkie ilości pierwiastków stopowych mogą powodować wzrost tej temperatury, co wynika z interakcji pomiędzy atomami domieszkowymi a dyslokacjami oraz z ogólnego oddziaływania chemicznego w sieci krystalicznej. Przykładowo, stal niskowęglowa będzie miała niższą temperaturę rekrystalizacji niż stal stopowa o podobnym poziomie zgniotu. Z kolei metale o wysokiej czystości, pozbawione domieszek, wykazują niższą temperaturę rekrystalizacji i szybciej ulegają temu procesowi.
Istotnym czynnikiem wpływającym na temperaturę rekrystalizacji jest również wielkość wcześniejszego odkształcenia. Im większy stopień zgniotu, tym większe nagromadzenie energii wewnętrznej w materiale, co sprzyja szybszemu i łatwiejszemu zachodzeniu rekrystalizacji. W skrajnych przypadkach metale mogą ulec rekrystalizacji nawet w temperaturze pokojowej, jeśli odkształcenie było bardzo intensywne, jak ma to miejsce w przypadku niektórych miękkich metali, takich jak cynk czy ołów.
Znaczenie temperatury rekrystalizacji jest szczególnie widoczne w procesach przemysłowych, takich jak walcowanie, ciągnienie, kucie czy tłoczenie metali. W zależności od tego, czy proces obróbki prowadzony jest powyżej czy poniżej tej temperatury, mówi się odpowiednio o obróbce na gorąco lub na zimno. Obróbka plastyczna na gorąco odbywa się powyżej temperatury rekrystalizacji, co umożliwia ciągłą odbudowę struktury ziarnistej i zapobiega nadmiernemu twardnieniu materiału. Dzięki temu można uzyskać duże odkształcenia bez ryzyka pękania.
W procesach obróbki na zimno, gdzie temperatura jest niższa niż temperatura rekrystalizacji, metal ulega umocnieniu na skutek zgniotu, co prowadzi do zwiększenia jego wytrzymałości, ale również zmniejszenia plastyczności. Po zakończeniu takich procesów, aby przywrócić pierwotne właściwości materiału, stosuje się wyżarzanie rekrystalizujące, czyli podgrzewanie metalu do odpowiedniej temperatury na określony czas, w celu przeprowadzenia pełnej rekrystalizacji.
Temperatura rekrystalizacji jest również istotna w kontekście badań nad materiałami nowej generacji, takimi jak stopy superplastyczne, materiały nanokrystaliczne czy stopy stosowane w przemyśle lotniczym i kosmicznym. W tych przypadkach zarządzanie strukturą ziarnistą i zdolnością do rekrystalizacji ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wymaganych właściwości mechanicznych i cieplnych.
Podsumowując, temperatura rekrystalizacji to graniczna wartość cieplna, przy której dochodzi do odbudowy struktury wewnętrznej metalu z usunięciem skutków wcześniejszego odkształcenia. Jej znajomość i kontrola są niezbędne w procesach przemysłowej obróbki metali, a wpływ na nią mają takie czynniki jak skład chemiczny, stopień zgniotu, czystość materiału oraz czas wygrzewania. Umiejętne wykorzystanie wiedzy o rekrystalizacji pozwala na zoptymalizowanie procesów produkcyjnych i poprawę jakości finalnych wyrobów metalowych.