晶粒长大
同质多晶现象名词解析
同质多晶现象名词解析同质多晶现象名词解析同质多晶现象是材料科学研究领域中的一个重要前沿课题，它是指在同种材料的微观结构上存在多种晶体形态的现象。
同质多晶现象的发现，不仅为研究材料的物理、化学特性提供了新的思路和方法，也在工业生产中起到了重要的作用，具有广泛的应用价值。
下面对同质多晶现象相关的一些基本概念进行解析。
1. 晶体结构晶体是由具有特定空间排列顺序的原子、离子或分子排列构成的，在晶体结构中具有很高的局部有序性和长程周期性。
晶体结构又可以分为单晶和多晶两种。
单晶指的是在同一实体内，具有统一性和完整性的晶体，其晶体结构的长程周期性和局部有序性非常高；而多晶指的是由多个晶体微观结构重叠在一起，微观上呈现出多种晶体形态，晶体结构的局部有序性相比于单晶较弱。
2. 同质多晶现象同质多晶现象是指在同种材料的微观结构上存在多种晶体形态，其中的各个晶粒，在由多个晶粒组成的整体显微结构中为同质的晶体。
常见的同质多晶材料有金属、陶瓷、半导体等。
在同质多晶现象中，微观结构的多样性和分布规律对材料的宏观性能具有重要影响，如材料的强度、硬度、塑性、电学性质等。
3. 晶粒晶粒又称为结晶颗粒，是固态材料中最小的具有完整晶体结构的单元，它是由一定数量的原子或基本单元构成的，在结构上具有局部有序性和长程周期性。
晶粒是组成多晶材料的基本单元，其大小、形状、分布规律等特征都是材料宏观性能的重要因素。
4. 晶界晶界是在不同晶粒之间形成的界面，其宽度范围从亚纳米到微米不等。
晶界是材料中局部结构的不连续性区域，具有较弱的局部有序性。
晶界是晶体中一个非常重要的概念，它对材料的物理和力学性质具有很大的影响，如晶界势能、强化效应、位错和缺陷等。
5. 晶粒生长和晶粒长大晶粒生长是指晶体从母体中形成晶核开始，逐渐增长、演变并发展出完整的晶体结构的过程。
晶粒长大是指晶粒在材料变形、固化等过程中，通过吞并相邻晶粒，非晶区的再结晶等过程，在材料中长期演化，最终形成多晶结构。
影响晶粒正常长大的因素
• • • • • • • •
图7-38为铝在400º C挤 压形成的动态回复亚晶。 在动态回复过程中，变 形晶粒不再发生再结晶， 因此仍为纤维状，热变 形后快冷，可保留伸长 晶粒和等轴亚晶组织。 若高温长时间停留，则可发生静态再结晶。
• 动态回复组织比再结晶组织的强度高。因 此建筑用铝镁合金型材都采用热成型工艺 而不用冷压成型后再回火工艺。 • 在层错能较高的金属如铝合金、纯铁、铁 素体钢等进行热加工时，由于位错交滑移 和攀移等原因，容易发生动态回复。
• 7.4.3 再结晶退火极其组织控制 • 7.4.3.1 再结晶退火：再结晶可消除冷变形 金属的加工硬化效果及内应力，因此被用 作冷变形加工的中间工序，软化冷变形金 属或细化晶粒，改善显微组织。 • 7.4.3.2 再结晶组织：再结晶退火过程中， 回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、重 叠进行，综合作用的结果有时会产生退火 孪晶和再结晶织构。
• 7.5 金属的热变形 • 金属在再结晶温度以上的加工变形称为热变形。 其实质是变形中加工硬化与动态软化同时进行， 两者作用相抵消，不显示硬化效果。 • 动态软化包括动态回复和动态再结晶两种方式。 热变形停止后，高温下还会发生静态回复和静态 再结晶。 • 热变形没有强化作用，塑性变形量很大，还可以 改善铸锭组织，消除气孔、偏析、粗大晶粒等等。 但也会因高温氧化导致表面粗糙，因热涨冷缩而 不易控制加工精度。
影响晶粒正常长大的因素
• 7.4.3 再结晶退火极其组织控制 • 7.4.3.1 再结晶退火：再结晶可消除冷变形 金属的加工硬化效果及内应力，因此被用 作冷变形加工的中间工序，软化冷变形金 属或细化晶粒，改善显微组织。 • 7.4.3.2 再结晶组织：再结晶退火过程中， 回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、重 叠进行，综合作用的结果有时会产生退火 孪晶和再结晶织构。
300º C 时微量 Sn对 高纯 Pb晶 界移动 速度的 影响
• (4) 晶粒间位向差：一般情况下，晶界能越 高则晶界越不稳定，原子迁移率也越大。 晶粒间位向差越大，晶界能也越大，因此 迁移率越大。 • 另外，有些金属的晶粒间位向差对迁移率 的影响还与温度有关，比如铅，当温度低 于200º C时，大角度晶界范围内只有某些特 殊位向的晶界移动速度较大；在300º C时随 晶粒间的位向差增大而增大，到达一定角 度后趋于稳定。这是较高温度时，杂质在 晶界偏聚的现象不明显所致。
• Fe-Si(wSi=0.03)合金在800º C加热时，由于 合金中分布有细小的MnS颗粒(体积分数为 0.01，直径 • 约0.1μm), • 晶粒长大 • 时，晶界 • 受其钉扎， • 长大到一定 • 尺寸就停止 • 了。
• • • • • • • • • •
从式7-16可以看出：分散相粒 子数量越多，越细小，对晶界 的阻碍越大。如果晶界移动的 驱动力完全来自晶界能(即界面 两侧的压应力差△p=2σ /r晶), 则当晶界能提供的驱动力等于 分散相粒子的总约束力时，正 常晶粒长大停止。此时的晶粒 平均尺寸称为极限平均晶粒尺 寸Rm。
• 7.5 金属的热变形 • 金属在再结晶温度以上的加工变形称为热变形。 其实质是变形中加工硬化与动态软化同时进行， 两者作用相抵消，不显示硬化效果。 • 动态软化包括动态回复和动态再结晶两种方式。 热变形停止后，高温下还会发生静态回复和静态 再结晶。 • 热变形没有强化作用，塑性变形量很大，还可以 改善铸锭组织，消除气孔、偏析、粗大晶粒等等。 但也会因高温氧化导致表面粗糙，因热涨冷缩而 不易控制加工精度。
第7章 回复、再结晶-2
再结晶后晶粒的长大
再结晶完成后,得到细小等轴的晶粒，从 热力学角度看，晶粒长大，总的晶界面积减 少，能量降低是一个自发过程。 长大： ¾ 正常长大（连续均匀长大）：参与长大的晶粒 数量多，且分布均匀；所有晶界具有大致相同 的可动性；各晶粒尺寸差异不大，且平均尺寸 连续增大。 ¾ 异常长大（二次再结晶）：少数晶粒优先长 大，吞食周围晶粒而长成粗大晶粒。
式中：m 为比例常数，称为晶界的平均迁移率（即单位驱 动力作用下的晶界平均迁移速度）；r 为晶界的平均曲率 半径，正常长大时r≈D。 m和σ对各种金属在一定温度均可视为常数，则：
近似有： 上式表明：在恒温下，晶粒发生正常长大时，平均直径与 保温时间的平方根成线性关系。 上述关系适用：高纯度金属在高温加热保温时。在一般情 况下，时间的指数小于1/2。
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一、正常长大 长大方式： 依靠界面移动“大吃小、凹吃 凸”，长大中界面向曲率中心方向移 动，大晶粒吞食了小晶粒，直到晶界平 直化。
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1、晶粒长大时的晶界迁移方向和驱动力 晶界迁移：晶界在其法线方向上的迁移。 晶界迁移的驱动力：界面能的减少，与曲率有关。（界面
向曲率中心方向移动将引起晶界面积减小，降低界面能。但这 种驱动力与储存能相比是较小的，所以晶粒长大时晶界迁移速 度比再结晶时慢。）
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3、动态回复组织特点 在伸长的晶粒内部存在许多动态回复亚晶。 动态回复亚晶粒：胞壁位错密度小，胞内位错密度也 小。 当达到稳衡态时，动态回复亚晶有如下特征： 等轴状；胞状亚晶之间的取向差保持不变；胞壁之 间距离（亚晶尺寸）保持不变；胞壁之间的位错密度 保持不变。 注意：热加工过程中的动态回复不能看成是冷加工与 静态回复的叠加。应变与回复同时出现就避免了冷加 工效果的累积，所以，形变金属不能发展成高位错密 度，而且亚晶较细。 动态回复亚晶平均尺寸d与形变温度T和变形速率ε的 关系： d∝T/ε
热处理对合金显微组织的演变规律
热处理对合金显微组织的演变规律热处理是一种用于改变合金材料显微组织的热力学过程。
通过控制材料的加热、保温和冷却过程，可以改变合金的晶粒尺寸、相比例和相形态，从而调整材料的性能。
合金的显微组织演变规律是指在热处理过程中，合金的晶粒尺寸、相比例和相形态的变化规律。
热处理对合金显微组织的演变规律可以分为三个阶段：加热阶段、保温阶段和冷却阶段。
在加热阶段，合金材料被加热到一定温度，晶粒开始长大。
晶粒的长大是由于晶界的运动和晶体内部的原子扩散。
晶界的运动是指晶界的位错运动和晶粒边界的迁移，晶界的运动可以促使晶体内部的原子扩散。
原子扩散是指原子在晶体内部的移动，当晶粒被加热到一定温度时，原子会具有足够的热能来克服晶体表面的能垒，从而在晶体内部扩散。
在保温阶段，合金材料保持在一定温度下，晶粒继续长大，晶粒的尺寸逐渐增大。
在冷却阶段，合金材料被快速冷却，晶粒的尺寸被固定下来。
热处理对合金显微组织的演变规律不仅取决于加热温度和保温时间，还与合金的成分和冷却方式有关。
不同的合金在相同的热处理条件下，其显微组织演变规律可能会有所不同。
例如，对于某些合金，加热温度过高或保温时间过长可能会导致晶粒长大过快，从而使材料的力学性能下降。
此外，合金的成分对其显微组织演变规律也有重要影响。
不同的合金成分会导致不同的相形态和相比例，从而影响材料的性能。
冷却方式也是影响合金显微组织演变规律的重要因素。
不同的冷却方式可以导致不同的晶粒尺寸和相形态。
热处理对合金显微组织的演变规律的研究对于合金材料的设计和应用具有重要意义。
通过控制热处理参数，可以调整合金的显微组织，从而改变材料的性能。
例如，通过细化晶粒尺寸可以提高合金的强度和硬度，提高材料的耐磨性和耐腐蚀性；通过调整相比例和相形态可以改善合金的韧性和塑性，提高材料的冲击韧性和延展性。
因此，热处理对于合金材料的制备和加工具有重要意义。
热处理是一种用于改变合金材料显微组织的热力学过程。
热处理对合金显微组织的演变规律可以分为加热阶段、保温阶段和冷却阶段。
铸件晶粒粗大的原因及防治措施
针对常州永青铸件晶粒粗大，中挖研究院与华强研究院一直在进行研究分析，主要原因有以下几方面造成：1）化学成份不合理；2）浇注系统设计不合理；3）热处理工艺不不合理；针对不同原因，我们主要做了如下工作；1）调整化学成份，严格控制化学成份，提高合金元素Ni含量（含量由0.2调整至0.4以上），改善晶粒大小，提高铸件冲击韧性；已于常州永青与12年4月批量实施；2）改善浇注系统，局部增加冷铁，改善冷却速度，以细化晶粒；已于常州永青与12年4月批量实施；4）改善热处理方式，延长保温时间和改善冷却方式以细化晶粒；已于常州永青与12年5月批量实施；5）改善热处理方式，热处理工艺有正火调整至正火加调质，使晶粒更细化；湖州运河从产品试制一致采用；6）7）在铸钢的熔化和脱氧操作中，加入合金元素的元素，因此和锻钢相比，铸钢不太容易形成品粒粗大。
因成分而引起品粒粗大的铸钢件，可通过退火或正火处理得到细化。
是指经过机械工或进行断口检验时，显示出晶粒组织过分粗大而不适合应用的缺陷，这种晶粒粗大的组织，可能是遍布于铸件整体，也可能发生于铸件的局部。
从本质上讲，晶粒粗大缺陷是一种冶金缺陷。
笔者根据多年的生产实践并参阅有关资料，谈谈铸件晶粒粗大缺陷产生的原因及防止措施。
1.铸件结构和工艺设计(1)铸件截面差异过，会因为较厚的截面冷却缓慢而造成该处晶粒粗大。
灰铸铁等对截面变化十分敏感的金属，更容易产生此类缺陷。
防止产生这类缺陷的有效方法是避免铸件截面尺寸过分悬殊，但这种途径有时是铸造工作者所无能为力的。
因而就铸造本身言，可通过采取设置冷铁、控制浇注温度或通过选择合适的浇汁系统来减少这类问题的发生，降低这类缺陷的严重程度。
采用冷铁可加快铸件较厚截面的冷却速度；浇注温度过高，会使这类问题更为严重，应予以避免；通过调节、修正浇注系统设计，使温度低的金属熔液位于铸件截面较厚的部位，并在铸件的厚截面处设计最有效的冒口，以尽可能减小冒口的尺寸。
金属材料的工艺热处理对晶粒尺寸的影响
金属材料的工艺热处理对晶粒尺寸的影响导语：金属材料的晶粒尺寸是决定其力学性能和织构的重要因素之一。
而工艺热处理是一种重要的方式，可以对金属材料的晶粒尺寸进行调控。
本文将探讨金属材料的工艺热处理对晶粒尺寸的影响及相关机制。
一、工艺热处理的概述工艺热处理是指在金属材料加工过程中通过对材料进行加热、保温和冷却等一系列控制温度的操作，以调整、改变材料的结构和性能。
通常包括退火、淬火、时效等处理方式。
这些热处理过程中，晶粒尺寸是一个十分关键的参数。
二、退火对晶粒尺寸的影响1. 晶粒长大：退火时，晶粒内部存在位错和缺陷，晶界区域能量较高。
而在退火过程中，材料中的原子在高温下能够较为自由地重新排列和扩散，使得晶界区域的位错消失和晶粒的长大。
因此，晶粒尺寸会随着退火时间的增长而增大。
2. 晶粒形状改变：在退火过程中，材料中的晶粒可能会发生形状改变。
在某些情况下，晶粒会发生成簇，形成更大的晶粒；而在其他情况下，晶粒会趋于细小且均匀。
这取决于材料的化学成分、退火温度和退火时间等因素。
三、淬火对晶粒尺寸的影响1. 晶粒细化：淬火是指将加热至相变温度以上的金属迅速冷却至室温的过程。
在淬火中，金属材料的晶粒由于冷却速度较快，无法在短时间内长大。
淬火后晶粒尺寸通常会变得较小，且分布均匀。
这种晶粒细化不仅可以提高材料的强度和硬度，还有助于改善材料的韧性和耐疲劳性能。
2. 产生非均匀的晶粒尺寸：尽管淬火可以使晶粒细化，但在一些情况下也可能导致晶粒尺寸的非均匀分布。
这可能是由于冷却速率不均匀，或材料中的晶界有缺陷等原因。
四、时效对晶粒尺寸的影响时效是指在淬火过程后对材料进行长期低温保持。
时效主要用于改善材料的强韧性能。
然而，与退火和淬火相比，时效对晶粒尺寸的影响相对较小。
通常情况下，时效会引起晶界与晶界之间的界面能量下降，从而抑制晶界移动和晶粒长大。
结语：通过工艺热处理可以有效地控制金属材料的晶粒尺寸，从而实现对材料性能的调控。
晶粒尺寸和形核率线长大速度之间的关系
晶粒尺寸、形核率和线长大速度是固态相变和晶体生长过程中的重要参数。
它们之间存在一定的关系和相互影响，具体可通过以下理论进行解释：
1. 晶粒尺寸与形核率：
- 形核率是指单位时间内单位体积内形成的新晶体数量，通常用单位体积内的晶核数量来表示。
形核率的增大通常会导致晶粒尺寸的减小，即形核率与晶粒尺寸呈反比关系。
- 这是因为在具有高形核率的情况下，晶体相变或生长过程中会形成更多的晶核，从而导致晶体的竞争生长，晶粒尺寸相对较小。
2. 晶粒尺寸与线长大速度：
- 线长大速度是指晶体生长界面的线长度在单位时间内的增长量。
晶粒尺寸的增大往往伴随着晶体生长速度的增加，即晶粒尺寸与线长大速度正相关。
- 当晶体生长界面具有较高的线长大速度时，晶体生长更快，晶粒尺寸也相应增大。
需要注意的是，晶粒尺寸、形核率和线长大速度的具体关系还受到其他因素的影响，比如温度、溶质浓度、晶体生长方向等。
此外，材料的特性、工艺条件等也会对这些参数之间的关系产生影响。
因此，在具体的实验或工程应用中，需要综合考虑多个因素，才能更准确地描述晶粒尺寸、形核率和线长大速度之间的关系。
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• 图中存在两个粗晶区：一是临界变形度区 图中存在两个粗晶区：一是临界变形度区 变形度0~0.1, 温度 温度500~650ºC)；二是二 域(变形度 变形度 ；二是二 次再结晶区域(变形度 变形度0.65~1.0, 温度 次再结晶区域 变形度 600~650ºC)。后者对应的变形度较大，退 。后者对应的变形度较大， 火温度也较高。 火温度也较高。其原因是强烈冷变形导致 退火时形成大面积的再结晶织构， 退火时形成大面积的再结晶织构，阻碍了 晶粒的正常长大， 晶粒的正常长大，只有少数大角晶界的晶 粒优先生长，从而产生二次再结晶。 粒优先生长，从而产生二次再结晶。对于 一般结构材料， 一般结构材料，制定变形及退火工艺时应 避开这两个区域。 避开这两个区域。
• *例题 例题7.4.1: 在Fe-Si钢(wSi=0.03)中测得 例题 钢 中测得 MnS粒子的直径为 ×10-4mm, 1mm2内的 粒子的直径为4× 粒子的直径为 粒子数为2× 试计算MnS对这种钢 粒子数为 ×105个，试计算 对这种钢 正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响(晶粒 正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响 晶粒 大小)。 大小 。 • 解：单粒子厚层的单位体积中 单粒子厚层的单位体积中 单位体积中MnS粒子个 粒子个 数为： 数为： • NV=NA/d (d为粒子直径 为粒子直径) 为粒子直径 • 故MnS粒子的体积分数为： 粒子的体积分数为： 粒子的体积分数为 • φMnS=4πr3NV/3=πd2NA/6=1.676×10-2 × • Rm=4r/3φ=1.592×10-2mm ×
• (2) 退火孪晶：Cu, Ni, α黄铜，γ不锈钢等 退火孪晶： 黄铜， 不锈钢等 黄铜 不易产生变形的面心立方金属经再结晶退 不易产生变形的面心立方金属经再结晶退 火后，会出现孪晶，称为退火孪晶 退火孪晶。 火后，会出现孪晶，称为退火孪晶。 • 图7-34为冷变形 为冷变形 • α黄铜退火时形 黄铜退火时形 • 成的退火孪晶组 • 织。
• (3) 微量熔质或杂质：固熔体中的微量熔质 微量熔质或杂质： 或杂质往往偏聚在位错或晶界处， 或杂质往往偏聚在位错或晶界处，形成柯 氏气团，能钉扎或拖曳位错运动。 氏气团，能钉扎或拖曳位错运动。图7-27 显示了微量Sn在 时对纯Pb晶界移动 显示了微量 在300ºC时对纯 晶界移动 时对纯 的作用。 的作用。 • 需要注意的是：微量 对纯 的某些特殊 需要注意的是：微量Sn对纯 对纯Pb的某些特殊 取向晶界运动影响较小。原因是在这些特 取向晶界运动影响较小。原因是在这些特 殊取向的晶界上，原子排列规整， 殊取向的晶界上，原子排列规整，不利于 杂质原子偏聚，因此晶界活动性不受影响。 杂质原子偏聚，因此晶界活动性不受影响。
300ºC 时微量 Sn对 对 高纯 Pb般情况下，晶界能越 晶粒间位向差：一般情况下， 高则晶界越不稳定，原子迁移率也越大。 高则晶界越不稳定，原子迁移率也越大。 晶粒间位向差越大，晶界能也越大， 晶粒间位向差越大，晶界能也越大，因此 迁移率越大。 迁移率越大。 • 另外，有些金属的晶粒间位向差对迁移率 另外， 的影响还与温度有关，比如铅， 的影响还与温度有关，比如铅，当温度低 于200ºC时，大角度晶界范围内只有某些特 时 殊位向的晶界移动速度较大； 殊位向的晶界移动速度较大；在300ºC时随 时随 晶粒间的位向差增大而增大， 晶粒间的位向差增大而增大，到达一定角 度后趋于稳定。这是较高温度时，杂质在 度后趋于稳定。这是较高温度时， 较高温度时 晶界偏聚的现象不明显所致 所致。 晶界偏聚的现象不明显所致。
Fe-Si合金中 合金中MnS粒子限 合金中 粒子限 制晶粒长大的显微照片
• 由Fmax=3φσ/2r = 2σ/Rm, 可得： 2σ 可得： σ • Rm=4r/3 Rm=4r/3φ (7-17) • 此式表明：晶粒的极限平均尺寸决定于分散相粒 此式表明： 子的尺寸及其所占的体积分数。 子的尺寸及其所占的体积分数。当分散相粒子的 体积分数一定时，粒子尺寸越小， 体积分数一定时，粒子尺寸越小，极限平均晶粒 尺寸也越小。 尺寸也越小。 • 在钢中加入少量的 在钢中加入少量的Al, Ti, V, Nb等元素，可形成适 等元素， 等元素 当数量的AlN, TiN, VC, NbC等分散相粒子，有效 等分散相粒子， 当数量的 等分散相粒子 阻碍高温下钢的晶粒长大， 阻碍高温下钢的晶粒长大，保证钢在焊接和热处 理后仍有良好的机械性能。 理后仍有良好的机械性能。
• 7.4.1.4 影响晶粒正常长大的因素： 影响晶粒正常长大的因素： • (1) 温度：退火温度是影响晶粒长大的最主要因素。 温度：退火温度是影响晶粒长大的最主要因素。 原子扩散系数D=D0exp(-Q/kT),显然Ｔ越高，Ｄ 显然Ｔ 原子扩散系数 显然 越高，Ｄ 越大，晶界越容易迁移，晶粒越容易粗化． 越大，晶界越容易迁移，晶粒越容易粗化． • (2) 分散相粒子：分散相粒子会阻碍晶界迁移，降 分散相粒子：分散相粒子会阻碍晶界迁移， 低晶粒长大速率。若分散相粒子为球状，半径为r, 低晶粒长大速率。若分散相粒子为球状，半径为 体积分数为φ，晶界表面张力为σ，则晶界与粒 体积分数为φ 晶界表面张力为σ 子交截时， 子交截时，单位面积晶界上各粒子对晶界移动所 施加的总约束力为： 施加的总约束力为： (7• Fmax=3φσ/2r σ (7-16)
• • • • • • • • • •
从式7-16可以看出：分散相粒 可以看出： 从式 可以看出 子数量越多，越细小， 子数量越多，越细小，对晶界 的阻碍越大。 的阻碍越大。如果晶界移动的 驱动力完全来自晶界能(即界面 驱动力完全来自晶界能 即界面 两侧的压应力差△p=2σ 两侧的压应力差△p=2σ/r晶), 则当晶界能提供的驱动力等于 分散相粒子的总约束力时， 分散相粒子的总约束力时，正 常晶粒长大停止。 常晶粒长大停止。此时的晶粒 平均尺寸称为极限平均晶粒尺 平均尺寸称为极限平均晶粒尺 Rm。 寸Rm。
• 二次再结晶不仅会降低材料强度和塑、韧 二次再结晶不仅会降低材料强度和塑、 性，还会增大再次冷加工工件的表面粗糙 因此， 度。因此，一般情况下应避免发生二次再 结晶。但作为电感材料的硅钢片， 结晶。但作为电感材料的硅钢片，却需要 利用二次再结晶获得粗大晶粒， 利用二次再结晶获得粗大晶粒，加强其导 磁性能。 磁性能。
• 曲线 是在二次再结晶时保持细小的晶粒的 曲线3是在二次再结晶时保持细小的晶粒的 长大特性，可以看出它仍为正常长大 它仍为正常长大， 长大特性，可以看出它仍为正常长大，只 是由于MnS颗粒的拖曳作用，起始长大的 颗粒的拖曳作用， 是由于 颗粒的拖曳作用 温度更高而已。 温度更高而已。 • (2) 一次再结晶后如果形成织构，则多数晶 一次再结晶后如果形成织构， 界为小角晶界，迁移率小，比较稳定， 界为小角晶界，迁移率小，比较稳定，只 有少数大角晶界有较高迁移率， 有少数大角晶界有较高迁移率，相应的晶 粒能迅速长大。 粒能迅速长大。 • (3)若金属为薄板，则加热时会出现热蚀沟， 若金属为薄板， 若金属为薄板 则加热时会出现热蚀沟， 若大部分晶界被热蚀沟钉扎， 若大部分晶界被热蚀沟钉扎，仅有少数晶 界可迁移，便容易发生二次再结晶。 界可迁移，便容易发生二次再结晶。
• 二次再结晶中少数晶粒可以迅速长大的主 要原因是组织中存在使大多数晶粒边界比 要原因是组织中存在使大多数晶粒边界比 较稳定或被钉扎， 较稳定或被钉扎，而少数晶粒边界容易迁 移的因素： 移的因素： • (1) 细小而弥散的第二相粒子的钉扎作用限 制了大多数晶粒的长大， 制了大多数晶粒的长大，少数未受钉扎或 钉扎作用小的晶粒便得以异常长大。 钉扎作用小的晶粒便得以异常长大。
• 7.4.3 再结晶退火极其组织控制 • 7.4.3.1 再结晶退火：再结晶可消除冷变形 再结晶退火： 金属的加工硬化效果及内应力， 金属的加工硬化效果及内应力，因此被用 作冷变形加工的中间工序， 作冷变形加工的中间工序，软化冷变形金 属或细化晶粒，改善显微组织。 属或细化晶粒，改善显微组织。 • 7.4.3.2 再结晶组织：再结晶退火过程中， 再结晶组织：再结晶退火过程中， 回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、 回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、重 叠进行，综合作用的结果有时会产生退火 叠进行，综合作用的结果有时会产生退火 孪晶和再结晶织构。 孪晶和再结晶织构。
• Fe-Si(wSi=0.03)合金在 合金在800ºC加热时，由于 加热时， 合金在 加热时 合金中分布有细小的MnS颗粒 体积分数为 颗粒(体积分数为 合金中分布有细小的 颗粒 0.01，直径 ， • 约0.1µm), • 晶粒长大 • 时，晶界 • 受其钉扎， 受其钉扎， • 长大到一定 • 尺寸就停止 • 了。
• 7.4.2 晶粒的反常长大：再结晶完成后，晶粒应该 晶粒的反常长大：再结晶完成后， 均匀、连续地长大，这种过程称为一次再结晶。 均匀、连续地长大，这种过程称为一次再结晶。 在某些特定情况下，再结晶完成后， 在某些特定情况下，再结晶完成后，少数晶粒突 发性地迅速粗化， 发性地迅速粗化，使晶粒之间的尺寸差别显著增 反常长大。 这种不正常的晶粒长大称为反常长大 大，这种不正常的晶粒长大称为反常长大。也称 二次再结晶。 为二次再结晶。
• (4) 一次再结晶后的组织，由于某些原因产 一次再结晶后的组织， 生了局部区域不均匀现象而存在个别尺寸 很大的初始晶粒， 很大的初始晶粒，其晶界迁移率高于其他 晶界，就会迅速长大。 晶界，就会迅速长大。 • 二次再结晶并没有再形核过程，只是某些 二次再结晶并没有再形核过程 没有再形核过程， 因素导致少数晶粒异常长大而已。 因素导致少数晶粒异常长大而已。 • 在条件适宜时，有可能发生三次再结晶， 在条件适宜时，有可能发生三次再结晶， 其规律及机制与二次再结晶相同。 其规律及机制与二次再结晶相同。
• 图7-28： 200ºC和300ºC时，区域提纯的铅 ： 和 时 的双晶体中的倾斜晶界的移动速度与晶体 间的位向差的关系。 间的位向差的关系。
• (5) 表面热蚀沟：金属长时间加热时，晶界 表面热蚀沟：金属长时间加热时， 与表面相交处因张力平衡而形成热蚀沟。 与表面相交处因张力平衡而形成热蚀沟。 热蚀沟是该处界面最小， 热蚀沟是该处界面最小，界面能最低的体 现，如果晶界移动就会增加晶界面积和增 加界面能，因此对晶界移动有约束作用。 加界面能，因此对晶界移动有约束作用。 材料越薄，表面积越大，热蚀沟越多， 材料越薄，表面积越大，热蚀沟越多，对 晶界迁移的约束力越大。 晶界迁移的约束力越大。