發芽型晶粒長大

發芽型晶粒長大發芽型晶粒長大
發芽型晶粒長大的驅動力是晶界能的下降,即長大前後的界面能差值。

定義

發芽型晶粒長大發芽型晶粒長大
指晶體中有許多晶粒獲得長大條件,晶粒的長大是連續地,均勻地進行,晶粒長大過程中晶粒的尺寸是比較均勻的,晶粒平均尺寸的增大也是連續的。

方式

發芽型晶粒長大發芽型晶粒長大
彎曲的晶界總是趨向於平直化,即向曲率中心移動以減少界面積,同時,大角度晶界的遷移率總是大於小角

度晶界的遷移率

當晶界為三維空間的任意曲面時,作用在單位界面上的力P為:

P:晶界遷移的驅動力

:晶界單位面積的界面能

R1、R2:曲面的兩個主曲率半

如果空間曲面為球面時,R1=R2,即:晶界遷移的驅動力與其曲率半徑R成反比,與界面能成正比。

(2)晶界總是向角度較銳的晶粒方向移動,力圖使三個夾角都等於120度。

當界面張力平衡時:因為大角度晶界TA=TB=TC,而A+B+C=360度∴A=B=C=120度

在二維坐標中,晶界邊數少於6的晶粒,其晶界向外凸出,必然逐漸縮小,甚至消失,而邊數大於6的晶粒,晶界

向內凹進,逐漸長大,當晶粒的邊數為6時,處於穩定狀態

在三維坐標中,晶粒長大最後穩定的形狀是正十四面體。

影響因素

發芽型晶粒長大發芽型晶粒長大
(1)溫度溫度越高,晶粒長大速度越快,晶粒越粗大

G:晶界遷移速度

G0:常數

QG:晶界遷移的激活能

(2)第二相晶粒長大的極限半徑

K:常數

r:第二相質點半徑

f:第二相的體積分數

∴第二相質點的數量越多,顆粒越小,則阻礙晶粒長大的能力越強。

設第二相顆粒為球形,對晶界的阻力為F,與驅動力平衡

α角只取決於第二相顆粒與晶粒間的表面張力,可看作恆定值,現將(1)式對φ求極大值

假設在單位面積的晶界面上有NS個第二相顆粒,其半徑都為r,則總阻力(3)

設單位體積中有NV個質點,其體積分數為f

取單位晶界面積兩側厚度皆為r的正方體,所有中心位於這個1×1×2r體積內半徑為r的第二相顆粒,都將與這部

分晶界交截,單位面積晶界將與1×1×2r×NV個晶粒交截。

二次再結晶

發芽型晶粒長大發芽型晶粒長大
定義:將再結晶完成後的金屬繼續加熱至某一溫度以上,或更長時間的保溫,會有少數幾個晶粒優先長大,成

為特別粗大的晶粒,而其周圍較細的晶粒則逐漸被吞食掉,整個金屬由少數比再結晶後晶粒要大幾十倍甚至幾百

倍的特大晶粒組成。

2.驅動力:同正常晶粒長大一樣,是長大前後的界面能差

3.產生條件:正常晶粒長大過程被彌散的第二相質點或雜質、織構等所強烈阻礙。

4.對性能的影響:得到粗大組織,降低材料的室溫機械性能,大多數情況下應當避免。

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