文档介绍：2017/12/9
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回复和再结晶- -关于晶粒长大的相关知识
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再结晶完成后,形成新的、细小的、无畸变的等轴晶粒。继续加热或等温下保持会发生晶粒长大,引起一些性能变化,如强度、塑性、韧性均会下降;
此外,伴随晶粒长大,还发生其他结构上的变化,如再结晶织构;
晶粒长大有两种型式-正常晶粒长大和反常晶粒长大(也称为二次再结晶);
一. 概述
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正常晶粒长大是在再结晶完成后继续加热或保温过程中,在界面曲率驱动力的作用下,晶粒发生均匀长大的过程;
金属基体体积中,晶粒尺寸分布均匀,连续增大,以给定尺寸的晶粒数目ni或所占面积Si与晶粒尺寸Di关系作图如图所示;
二. 正常晶粒长大
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晶粒长大是界面迁移过程,以界面曲率为驱动力,弯曲界面向其曲率中心的方向移动,以减少曲率,降低能量;
在三个晶粒相邻接的情况下,必须保证界面张力平衡的要求,单相合金或纯金属在三晶粒会聚处,界面交角成120°时,界面张力达到平衡,因此,晶粒长大达到的稳定形状应是规则六边形,具有平直界面,交角互成l 20°角,如图11-23所示
此时,曲率半径无限大,驱动力为零,同时界面张力平衡,因而晶粒不再长大。
二. 正常晶粒长大
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如晶粒未达到六边形形状,为保持界面张力平衡,维持120°交角,则边数小于6的晶粒形成外凸的界面,边数大于6的晶粒则具有内凹的界面,如图10-24所示。
在界面曲率驱动力作用下,界面向曲率中心迁移,结果,大于六边形的晶粒将长大,而小于六边形的晶粒则缩小并消失。
二. 正常晶粒长大
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(1)温度
温度影响界面迁移速度;温度愈高,界面迁移速度愈大,因而晶粒长大速度也越快。
三. 正常晶粒长大的影响因素
如晶粒长大速度以晶粒平均直径增大的速度( )表示,界面曲率近似以代表,则晶粒长大速度与温度有以下关系:
式中,K1为常数,将上式积分可得:
或:
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(2)时间
在一定温度下晶粒长大速度可写成:
即正常晶粒长大时,一定温度下,平均晶粒直径随保温时间的平方根而增大,当有阻碍界面移动的其他因素存在时,有关关系, 。
上式积分,可得:
为恒定温度下起始平均晶粒直径, 为经时间t后的平均晶粒直径,K’为常数,如远大于,上式中可忽略不计,则由上式可导出:
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(3)第二相粒子
由前知,第二相粒子对界面迁移有约束力,会阻碍界面迁移、
晶粒长大。此时,晶粒长大有一极限尺寸,由界面迁移的驱动力和约束力的平衡所确定。
说明晶粒长大的极限平均直径决定于第二相粒子的尺寸及其体积分数。粒子尺寸愈小,粒子的体积分量愈大,极限的平均晶粒尺寸也愈小。
可导出:
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(4)表面热蚀沟
金属在高温下长时间加热时,晶界与表面相交处为达到表面张力间的相互平衡,以趋向于热力学稳定状态,将会通过表面原子的扩散过程形成图11-35所示的热蚀沟。
对于薄板材料,当热蚀沟形成,如果晶界自蚀沟处移开,就会增大晶界面积而增加晶界能。这就产生一约束晶界移动的阻力,设单位晶界面积作用的阻力为p,则在厚度a,单位宽度晶界上的阻力为pa,如晶界移动dx,晶界面积增加2da,克服阻力所作的功与增加的晶界能相等,即
当界面张力保持平衡,有以下关系:
近似有:
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(4)表面热蚀沟
由驱动力与阻力相等,可以确定晶粒长大的极限尺寸,
可导出:
因
代入10-46,得到:
说明薄板材料中晶粒的极限尺寸与薄板的厚度成正比。愈薄的材料其极限尺寸也愈小。