影响晶粒正常长大的因素

《影响晶粒正常长大的因素》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、7.4.1.4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。原子扩散系数D=D0exp(-Q/kT),显然Ｔ越高，Ｄ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，降低晶粒长大速率。若分散相粒子为球状，半径为r,体积分数为φ，晶界表面张力为σ，则晶界与粒子交截时，单位面积晶界上各粒子对晶界移动所施加的总约束力为：Fmax=3φσ/2r(7-16)Fe-Si(wSi=0.03)合金在800ºC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

2、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。Fe-Si合金中MnS粒子限制晶粒长大的显微照片由Fmax=3φσ/2r=2σ/Rm,可得：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子的尺寸及其所占的体积分数。当分散相粒子

3、的体积分数一定时，粒子尺寸越小，极限平均晶粒尺寸也越小。在钢中加入少量的Al,Ti,V,Nb等元素，可形成适当数量的AlN,TiN,VC,NbC等分散相粒子，有效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。(3)微量熔质或杂质：固熔体中的微量熔质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。图7-27显示了微量Sn在300ºC时对纯Pb晶界移动的作用。需要注意的是：微量Sn对纯Pb的某些特殊取向晶界运动影响较小。原因是在这些特殊取向的晶界上，原子排列规整，不利于杂质原子偏聚，

4、因此晶界活动性不受影响。300ºC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200ºC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300ºC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。图7-28：200ºC和300ºC时，区域提纯的铅的双晶体中的倾斜晶界的

5、移动速度与晶体间的位向差的关系。(5)表面热蚀沟：金属长时间加热时，晶界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，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。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。*例题7.4.1:在Fe-Si钢(wSi=0.03)中测得MnS粒子的直径为4×10-4mm,1mm2内的粒子数为2×105个，试计算MnS对这种钢正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响(晶粒大小)。解：单粒子厚层的单位体积中MnS粒子个数为：NV=NA

6、/d(d为粒子直径)故MnS粒子的体积分数为：φMnS=4πr3NV/3=πd2NA/6=1.676×10-2Rm=4r/3φ=1.592×10-2mm7.4.2晶粒的反常长大：再结晶完成后，晶粒应该均匀、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，少数晶粒突发性地迅速粗化，使晶粒之间的尺寸差别显著增大，这种不正常的晶粒长大称为反常长大。也称为二次再结晶。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较稳定或被钉扎，而少数晶粒边界容易迁移的因素：(1)细小而弥散的第二

7、相粒子的钉扎作用限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。图7-32是Fe-Si(wSi=0.03)合金的晶粒长大曲线。高纯材料只发生正常长大(1)；含MnS颗粒的材料中有的晶粒迅速长大，有的仍保持细小(2)(3)。二次再结晶晶粒是在约930ºC时突然长大的，在此温度时MnS熔化，晶界迁移障碍消失，晶粒得以迅速长大。温度高于930ºC后，二次再结晶的数量增多，晶粒平均尺寸反而下降了。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，只是由于MnS颗粒的拖曳作用，起始长

8、大的温度更高而已。(2)一次再结晶后如果形成织构，则多数晶界为小角晶界，迁移率小，比较稳定，只有少数大角晶界有较高迁移率，相应的晶粒能迅速长大。(3)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，仅有少数晶界可迁移，便容易发生二次再结晶。(4)一次再结晶后的组织，由于某些原因产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，