Microstructure and micromotion in recrystallization flow of octachloropropane: A first look

Zusammenfassung

Fortschritte in der Theorie der Genese von metamorphen Texturen hängen teilweise von dem verbesserten Verständnis der dynamischen Rekristallisationsprozesse ab und der Auswirkungen dieser Prozesse auf die verschiedenen Textur-Elemente. Die vorliegende Arbeit der mikrostrukturellen Entwicklung und der damit verbundenen kleinmaßstäblichen Bewegung in einer dynamisch sich rekristallisierenden Scheibe von Octachloropropan. Das Material wurde in progressiver reiner Scherung beansprucht bis 2×10⁻⁵ sec⁻¹ (mit Unterbrechungen für die Photographie und für U-Tisch-Messungen) bei 70 % der absoluten Schmelztemperatur. Der dominante Rekristallisationsprozeß ist die Verlagerung der Korngrenzen mit einer konsequenten Anpassung der Kornformen und -großen, jedoch ohne bemerkenswerte Veränderung in der mittleren Korngröße und ohne Erzeugung neuer Körner. In dem vollständig deformierten Material (30 % Volumen-Verringerung zeigen typische Körner eine zusammengesetzte Struktur mit einfachen Hochspannungsregionen, die direkt aus dem undeformierten Zustand übernommen sind, und die gesäumt werden durch fortlaufend jüngere Zonen geringerer Spannung, die sich hinter nach außen verschiebenden Grenzen bildeten. Ein Feld von Leitpartikeln der zweiten Phase gestattet die Unterscheidung zwischen Korngrenzenwanderung mit dem Material und durch das Material hindurch. Es offenbart in unerwarteter Weise die Fähigkeit von Körnern kurze Entfernungen als Ganzes einem Spannungsgradienten entsprechend zu wandern.

Die Leitpartikel zeigen auch, daß der einzig wichtige Deformationsprozeß in einer intragranularen Deformation besteht und daß er in leicht unterschiedlichen Beträgen in verschiedenen Körnern abläuft. Das Hauptproblem, das aus den Beobachtungen erwachsen ist, besteht darin, die Richtung und Geschwindigkeit jeder sich verlagernden Korngröße zu bestimmen.

Zwei Hypothesen wurden geprüft, jedoch nicht mit besonderem Erfolg. Eine von diesen Hypothesen besagt, daß die Wanderung der Korngrenzen Teil eines Anpassungsprozesses an den Spannungszustand darstellt, der zwischen den Körnern abläuft, die sich mit unterschiedlichen Beträgen parallel zu ihren gemeinsamen Korngrenzen verlängern oder verkürzen.

Abstract

Advance of the genetic theory of metamorphic fabric depends in part on improved understanding of dynamic recrystallization processes, and the effects of these processes upon various fabric elements. This paper describes aspects of the microstructural evolution and associated small-scale motion in a dynamically recrystallizing sheet of octachloropropane. The material was deformed in progressive pure shear, at 2×10⁻³ sec⁻¹ (with interruptions for photography and U-stage measurement), at 70 % of its absolute melting temperature. The dominant recrystallization process is migration of grain boundaries, with consequent major adjustment of the shapes and sizes of grains, but no marked change in the average grain size and no creation of new grains. Typical grains in the fully deformed material (30% bulk shortening) have a composite structure with primitive, high-strain regions inherited directly from the undeformed state, rimmed by successively younger regions of lower strain accreted behind outwardmoving boundaries. An array of second-phase marker particles permits distinction between grain boundary motion with and through the material, and reveals an unexpected ability of grains as a whole to migrate short distances up a bulk strain gradient. The markers also show that the only important deformation process is intragranular deformation and that it is proceeding at somewhat different rates in different grains. The central problem posed by the observations is to explain the direction and speed of each migrating boundary. Two hypotheses were tested, neither with outstanding success. One of these hypotheses is that grain boundary migration is part of a strain accomodation process, that operates between grains stretching or shortening at different rates parallel to their mutual boundary.

Résumé

Le progrès dans la théorie de la genèse des structures métamorphiques dépend en partie de la compréhension éprouvée des processus de recristallisation dynamique, et des effets de ces processus sur les différents éléments de ces structures. Cet article décrit les aspects de l'évolution microstructurale et des mouvements associés à petite échelle dans une couche d'octachlorepropane recristallisant dynamiquement. Ce matériau a été déformé par une action cisaillante progressive, à 2×10⁻⁵ sec⁻¹ (avec interruptions pour photographie et mesures à la platine U), à 70 % de sa température absolue de fusion. Le processus prédominant de sa recristallisation consiste dans la migration des limites de grain, accompagnée par un ajustement majeur des formes et dimensions des grains, mais sans changement marqué dans la dimension moyenne de la granularité et sans création de nouveaux grains. Des grains typiques dans le matériau complètement déformé (raccourcissement global de 30 %) ont une structure composite avec des parties primitives, à forte tension, héritées directement de l'état non déformé, bordées par des régions successivement plus jeunes à moindre déformation, qui se sont accrues derrière des limites se déplaçant vers l'arrière. Des rangées de particules marquant une seconde phase permettent de faire la distinction entre limites de grains se mouvant avec et au travers du matériau, et révèlent une capacité inattendue des grains, dans l'ensemble, à se mouvoir sur de courtes distances sous un gradient global de déformation. Les marqueurs montrent aussi que le seul processus de déformation important est la déformation intragranulaire, et qu'il se produit avec des vitesses quelque peu différentes dans les différents grains. Le problème central posé par les observations consiste à expliquer la direction et la vitesse de migration de chaque bordure. Deux hypothèses ont été tentées, mais sans succès notable. Une de ces hypothèses est que la migration du bord d'un grain est une partie du processus d'adaptation à la déformation qui s'opère entre grains, s'allongeant ou se raccourcissant à des vitesses différentes parallèlement à leurs limites mutuelles.

Краткое содержание

Попытки создания тео рии о происхождении м етаморфных текстур зависят частично. от точного п онимания процессов динамической перекр исталлизации и воздействия этих пр оцессов на различные элементы текстуры. В данной работе приведены раз личные точки зрения о бразования микроетрукты и связанные с этим мелк о масштабные движени я в динамически перекри сталлизовывающемся диске октахлорпропа на. Материал подверга лся повышающемуся скольжению до 2×10⁻⁵ сек⁻¹ (с перерывали для фотографирования и измерения на столик е Федорова) при 70 % абсол ютной температуры плавлен ия. Преобладающим при пр оцессе перекристалл изации является пере мещение границ зерен с явным п риспособлением их в з ависимости от формы и величины зерна, но бе з какого либо заметно го изменил средней размерности минералов и без появл ения новых зерен. В пол ностью деформированном материале (30% уменьшени я объема) наблюдали ти пичные зерна составленной структуры с простыми областями высокого н апряжения, которые непосредств енно переносились из неиз мененного их состоян ия и были обрамлены более молодыми зонам и меньшего напряжени я, образующимися за сме щающейся ко вне границей. Поле в едущих частичек втор ой фазы разрешает различать смешение г раниц зерен вместе с м атериалом и через минерал. Поражает своей неожи данностью способнос ть зерен: как нечто цельное, мигрировать на корот кие расстояния, соотв етственно градиенту напряжени я. Ведущие зерна показы вают также, что единст венным важным процессом деформации является внутригранулярная д еформация, и что она в различных зернах протекает раз лично. Основной пробл емой, отмеченой при наблюд ениях, является определени е направления смещен ия границы зерен, и скорости этого смещения. Обсуждаются две гипо тезы о преобразовани и минералов при этом процессе. В одной из них утвержд ается, что смещение гр аниц зерен представлает собой часть процесса присп особления к состояни ю напряжения, которое с оздается между зернами, которы е с различной скорост ью удлинняются, или укор ачиваются пареллельно к их обще й границе.