材料科學(xué)基礎(chǔ)第七章(1)-資料下載頁
2025-04-29 12:03本頁面
【正文】 會自發(fā)地繼續(xù)長大，其 驅(qū)動力來自于 總界面積減小 伴隨的總界面能的降低 。 ? 根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長大的特征，可將其分為 正常長大 和 異常長大 (二次再結(jié)晶 )兩類。 ? 晶粒的正常長大 ? 晶粒的長大方式：再結(jié)晶完成后的等軸晶粒細(xì)小，且相互接觸，變形儲存能已基本釋放完。但在升溫或長時(shí)間保溫條件下，仍可以以 大角晶界遷移 和 晶粒相互吞食 方式繼續(xù)長大。 ? *晶粒總自由能由體積自由能和表面自由能組成。再結(jié)晶后的不同晶粒的體積自由能相同，但小晶粒的比表面更大，表面自由能相應(yīng)更高，因此會發(fā)生 大晶粒吞食小晶粒 的體系總自由能降低過程。 ? 圖 719為鋁的再結(jié)晶 ? 晶粒長大過程照片。 ? 1， 2分別表示晶界遷 ? 移前后所在位置?？? ? 以看出 晶粒長大是通 ? 過大晶粒吞食小晶粒 ， ? 晶界向曲率中心移動 的方式進(jìn)行的。它與再結(jié)晶過程中新晶粒形核長大時(shí)的晶界移動方向正好向反。 表明 晶粒長大的驅(qū)動力不同于再結(jié)晶 時(shí)的驅(qū)動力。 ? 晶粒長大的驅(qū)動力： ? 晶粒長大的驅(qū)動力來源于晶界遷移后體系自由能的降低，即總界面能的減小。 ? 以圓柱形界面面積元張 ? 力模型分析：柱狀界面 ? 曲率半徑為 r，界面張力 ? 為 σ，在厚度為 l的界面 ? 面積上張力為 σl，水平 ? 分量為 2σlsin (dθ/2)， ? 方向指向曲率中心。 ? 這一水平分力力圖使彎曲界面平直 ，因此界面平衡時(shí)必然存在界面凹側(cè)大于凸側(cè)的壓應(yīng)力抵消了張力的水平分力 。設(shè)界面兩側(cè)的壓應(yīng)力差為 △ p，則平衡條件為： ? 2σlsin(dθ/2)=△ plrdθ ? 當(dāng) dθ很小時(shí)， sin(dθ/2)=θ/2，整理上式得： ? △ p=σ/r (712) ? 晶界界面形狀一般并不是圓柱面，對于 一般界面上任意一段的曲率半徑，可以用通過其法線的兩個(gè)相互垂直的平面上的兩個(gè)主曲率半徑 r1和 r2表示。 于是，對于一般的曲面界面，有： ? △ p=σ(1/r1+1/r2) (713) ? 當(dāng)界面為球面時(shí)， r1=r2=r，則 ： ? △ p=2σ/r (714) ? 可見，當(dāng) σ一定時(shí)，界面曲率越大 (r越小 )，則 △ p越大。相對于界面而言， 凹側(cè)原子將受到比凸側(cè)原子更大的壓應(yīng)力 。如果原子具有足夠的能量，則這種 壓應(yīng)力將驅(qū)使原子由界面凹側(cè)向凸側(cè)運(yùn)動，其結(jié)果是晶界凸側(cè)晶粒不斷長大，凹側(cè)晶粒不斷縮小 。 ? 晶粒的穩(wěn)定形狀： ? 隨著再結(jié)晶晶粒的長大， ? 晶界逐漸變?yōu)槠街睜睿? ? △ p=0,晶界不再遷移。 ? 因此 再結(jié)晶后的晶粒長 ? 大有一定限度 。另外， ? 根據(jù)界面張力平衡規(guī)律， ? 如果 二維 方向上任意相鄰三晶粒平衡相處，則交匯處界面張力滿足如下關(guān)系：T1/sinθ1=T2/sinθ2=T3/sinθ3 (715) ? 由于 T1=T2=T3, 故 θ1=θ2=θ3=120186。, 圖 721b所是各晶界夾角均為 120186。，因此是穩(wěn)定的，繼續(xù)加熱時(shí)都不容易再變化。 ? 三維空間多晶體的晶粒穩(wěn)定形狀是圖 722所示的 十四面體 。 圖 721b 圖722 ? 二維 晶粒只有六邊形的邊是直的 ，要保持夾角為 120186。，邊數(shù)少于 6的晶粒的晶界必然向外彎曲；而邊數(shù)大于 6的晶粒的晶界必然向內(nèi)彎曲。于是， 這些晶粒不穩(wěn)定，會通過相互吞食而發(fā)展為六邊形。
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