7.4 再结晶后的晶粒长大

1. 7.4 再结晶后的晶粒长大

2. 7.4 再结晶后的晶粒长大 再结晶刚完成后，得到的是细小的等轴晶粒。如果继续提高退火温度或延长保温时间，便会发生晶粒互相吞并而长大的现象，称为“晶粒长大”。 • 晶粒的正常长大（即均匀长大） 通常有两种方式： • 晶粒的异常长大（不均匀长大，或称为二次再结晶）

3. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） （1）长大的驱动力 驱动力来自总界面能的下降。晶粒长大是通过晶界迁移来实现。 晶界移动的驱动力属于化学力。化学力的来源是系统自由能的降低。具体讲有两种情况： • 相邻晶粒的能量差 • 界面曲率 铝晶粒长大的晶界迁移 1 — 迁移前晶界位置 2 — 迁移后晶界位置

4. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） （1）长大的驱动力 两种情况： 当相邻晶粒的化学位不同时，如μ1>μ2(μ1、μ2分别代表Ⅰ、Ⅱ晶粒的化学位)，则此化学位梯度即对原子施加一个化学力: 相邻晶粒的能量差 式中△μ—化学位差；λ—晶界厚度。 以界面曲率为驱动力(弯曲界面向其曲率中心方向移动，以减小曲率，降低能量)。原子由凹侧移向凸侧，晶界则由凸侧移向凹侧。 界面曲率

5. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） （2）晶界迁移的规律 若晶粒长大到一定程度，晶界可变为平直状，晶界迁移便趋停止。因此，再结晶后的晶粒长大有一定的限度，不会无限粗化。 晶粒长大时，晶界迁移规律： a. 弯曲晶界总是趋向于平直化即晶界向曲率中心移动，以减少表面积， b.三个晶粒的晶界交角不等于120°时，则晶界总是向角度较小的晶粒方向移动。由于大角度晶界的表面张力基本相等，T1=T2=T3，要维持平衡，则 所以 θ1=θ2=θ3=120° 三晶粒相交时晶界的移动

6. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） （2）晶界迁移的规律 c.在二维坐标中，晶界边数少于6的晶粒(其晶界向外凸出)，必然逐步缩小，消失；而边数大于6的晶粒（其晶界向内凹进）则逐渐长大；当边数为6，晶面平直，夹角为120°时，不再移动。 晶粒形状与晶界曲率

7. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） 1 （2）晶界迁移的规律 2 3 4 5 晶粒缩小过程示意图

8. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的正常长大（即均匀长大） （2）影响晶粒长大的因素 与前述影响再结晶的因素大体相近： • 温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。 • 分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数的关系： d=4r/3 • 杂质与合金元素。降低界面能，不利于晶界移动。 • 晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移动速率低于后者。

9. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的异常长大 （不均匀长大，或称为二次再结晶） 某些金属材料经过严重变形之后，在较高温度退火，会出现晶粒的反常长大。这个过程就像在再结晶后，细小、均匀的等轴晶粒中又重新发生了形核和长大，故又称之为“二次再结晶”。 异常长大前(5min) 异常长大后(20min) Fe-3%Si合金在1100℃退火组织

10. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的异常长大 （不均匀长大，或称为二次再结晶） 二次再结晶特征： • 驱动力来自界面能或表面能的降低。 • 不需要重新形核，是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大。 • 只有在晶粒正常长大受阻情况下才产生二次再结晶。 • 也会产生择优取向的晶粒，称之为再结晶织构。

11. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的异常长大 （不均匀长大，或称为二次再结晶）

12. 7.4 再结晶后的晶粒长大 晶粒的异常长大 （不均匀长大，或称为二次再结晶） • 钉扎晶界的第二相溶于基体； • 再结晶织构中位向一致的晶粒合并； • 大晶粒吞并小晶粒 异常长大的主要机制 • 各向异性，织构明显 ，优化磁导率； • 晶粒大小不均，性能不均，降低强度和塑韧性 • 晶粒粗大 提高表面粗糙度 对组织和性能的影响

13. 7.4.3 再结晶退火 • 消除加工硬化及内应力，恢复变形能力 • 改善显微组织 • 消除各向异性 • 提高组织稳定性 再结晶退火 应用 再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的。 退火孪晶：