4-晶粒长大

§ 4晶粒长大

晶粒长大的驱动力是晶界能的下降，即长大前后的界面能差值。

一、晶粒的正常长大1.定义：指晶体中有许多晶粒获得长大条件，晶粒的长大是连续地，均匀地进行，晶粒长大过程

中晶粒的尺寸是比较均匀的，晶粒平均尺寸的增大也是连续的。

2.晶粒长大的方式

(1)弯曲的晶界总是趋向于平直化，即向曲率中心移动以减少界面积，同时，大角度晶界的迁移率

总是大于小角度晶界的迁移率。

当晶界为三维空间的任意曲面时，作用在单位界面上的力

P:晶界迁移的驱动力疗：晶界单位面积的界面能

R1、R2:曲面的两个主曲率半径

如果空间曲面为球面时，R1=R2，即:晶界迁移的驱动力与其曲率半径

P为:

R成反比，与界面能成正比。

(2)晶界总是向角度较锐的晶粒方向移动, 力图使三个夹角都等于120度。

® A闘爲鼻商世率中心若向于平J化

在三维坐标中，晶粒长大最后稳定的形状是正十四面体。

3 .影响晶粒长大(即晶界迁移率)的因素

(1)温度 温度越高，晶粒长大速度越快，晶粒越粗大

RT}

G:晶界迁移速度

G0:常数

QG 晶界迁移的激活能

(2) 第二相晶粒长大的极限半径

K :常数 r :第二相质点半径 f ：第二相的体积分数

当界面张力平衡时: 因为大角度晶界 在二维坐标中，晶界边数少于

数大于6的晶粒，晶界 向内凹进，逐渐长大，当晶粒的边数为

TA=TB=TC 而 A+B+C=360度 /• A=B=C=120度

6的晶粒，其晶界向外凸出，必然逐渐缩小，甚至消失，而边

6时，处于稳定状态。 1

■兀■兀

Sin B sm C7，

• •第二相质点的数量越多，颗粒越小，则阻碍晶粒长大的能力越强。

设第二相颗粒为球形，对晶界的阻力为 F ,与驱动力平衡

F = Z TT cos(^-<7-cospO°-/J)

6C0妙—妙 (1) a 角只取决于第二相颗粒与晶粒间的表面张力，可看作恒定值，现将（ 竺0

令却 ，可得： 盂+ （2）

F 住=叫TP （1 + COE 氐） （3） 设单位体积中有NV 个质点，其体积分数为f

4

=一曲

3 (5)

的正方体，所有中心位于这个 1 X 1 X 2r 体积内半径为r 的第二相颗

分晶界交截，单位面积晶界将与

1 X 1X 2r X NV 个晶粒交截。

将（4 ）、（ 5）式代入（3 ）式

1）式对©求极大值,

假设在单位面积的晶界面上有 NS 个第二相颗粒,

其半径都为 r ，则总阻力

(4)

取单位晶界面积两侧厚度皆为

r 粒，都将与这部

疋=1 + ---

a 可看作常数，令 cos a

（3）可溶解的杂质或合金元素阻碍晶界迁移，特别是晶界偏聚现象显著的元素，其阻碍作用更大。 但当温度很高 时，晶界偏聚可能消失，其阻碍作用减弱甚至消失。

二、晶粒的异常长大（二次再结晶） 1.定义：将再结晶完成后的金属继续加热至某一温度以上，或更长时间的保温，会有少数几个晶粒优 先长大，成 为特别粗大的晶粒，而其周围较细的晶粒则逐渐被吞食掉，整个金属由少数比再结晶后晶粒要大几十

倍甚至几百 倍的特大晶粒组成。

十 COSCf)

(6)

2（?

这个总阻力与晶界驱动力飞 平衡

2C 7

T 攀(1+g 叭 2r

4尸 1

整理尹灵

(7)

■-，心-vLr

--:/ 工 >■ I %

5. .flL5

jjJ

ffl4届！异常品粒凌大

2.驱动力：同正常晶粒长大一样，是长大前后的界面能差

3. 产生条件：正常晶粒长大过程被弥散的第二相质点或杂质、织构等所强烈

4. 对性能的影响：得到粗大组织，降低材料的室温机械性能，大多数情况下应当避免。

0*011 * II —r ■!' _I 一 9 leo JIM ISD*

B 7-Sfl 和*M II SKF€-3SJ 齒金

朱事 "Mjo 4不同ft 度a 火1小封的*e 尺呵 i

阻碍。

•Mn5»R

ttAAtt

*w -常叱ftMosan 中曲/ M: >