晶界和亚晶界

1、晶界和亚晶界晶界和亚晶界晶界和亚晶界晶界和亚晶界属于同一固相但位向不同样的晶粒之间的界面称为晶界(grainboundary)；而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差其他亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界(sub-grainboundary)。晶粒的平均直径平常在0.0150.25mm范围内，而亚晶粒的平均直径则平常为0.001mm的范围内。二维点阵中晶界地址可用两个晶粒的位向差和晶界相关于一个点阵某一平面的夹角来确定，以以下图。依照相邻晶粒之间位向差角的大小不同样可将晶界分为两类：1.小角度晶界(small-anglegrainboundary)相邻晶粒的位向差小于10的晶界；亚晶界均属

2、小角度晶界，一般小于2；2.大角度晶界(large-anglegrainboundary)相邻晶粒的位向差大于10的晶界，多晶体中90以上的晶界属于此类。小角度晶界的构造依照相邻亚晶粒间位向差的型式不同样，小角度晶界可分为倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等。它们的构造可用相应的模型来描绘。1.对称倾斜晶界对称倾斜晶界(symmetricaltiltboundary)可看作是把晶界两侧晶体互相倾斜的结果。由于相邻两晶粒的位向差角很小，其晶界可看作是由一列平行的刃型位错所组成。2.不对称倾斜晶界若是倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度，则此时两晶粒之间的位向差仍为角，但此时晶界的界面关于两个晶粒是不对称的，

3、故称不对称倾斜晶界(unsymmetricaltiltboundary)。它有两个自由度和。该晶界构造可看作由两组柏氏矢量互相垂直的刃型位错交叉排列而构成的。3.扭转晶界扭转晶界(twistboundary)是小角度晶界的一各样类。它可看作是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个角所组成的，扭转轴垂直于这一共同的晶面。该晶界的构造可看作是由互相交叉的螺型位错所组成，如图3-71。扭转晶界和倾斜晶界均是小角度晶界的简单情况，不同样之处在于倾斜晶界形成时，转轴在晶界内；扭转晶界的转轴则垂直于晶界。一般情况下，小角度晶界都可看作是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的，只可是其转轴既不平行于

4、晶界也不垂直于晶界。关于这样的小角度晶界，可看作是由一系列刃位错、螺位错或混淆位错的网络所组成。大角度晶界的构造晶粒之间的晶界平常为大角度晶界。大角度晶界的构造较复杂，原子排列很不规则，有人认为大角度晶界的构造凑近于图示的模型。取向不同样的相邻晶粒的界面不是圆滑的曲面，而是由不规则的台阶组成的。分界面上既包含有同时属于两晶粒的原子D，也包含有不属于任一晶粒的原子A；既包含有压缩区B，也包含有扩大区C。这是由于晶界上的原子同时受到位向不同样的两个晶粒中原子的作用所致。总之，大角度晶界上原子排列比较凌乱，但也存在一些比较齐整的地区。因此，晶界可看作坏区与好区交替相间组合而成。随着位向差分的增大，坏

5、区的面积将相应增加。纯金属中大角度晶界的宽度一般不高出3个原子间距。近来几年来，有人应用途离子显微镜研究晶界，提出了大角度晶界的“重合地址点阵”模型(coincidencelatticemodel)，如图3-73所示，在二维正方点阵中，当两个相邻晶粒的位向差为37时(相当于晶粒2相对晶粒1绕某固定轴旋转了37)，设想两晶粒的点阵互相经过晶界向对方延长，其中一些原子将出现有规律的互相重合，由这些原子重合地址所组成比原来晶体点阵大的新点阵，平常称为重合地址点阵。在上述详细图例中，每5个原子即有一个是重合地址，故重合地址点阵密度为15或称为15重合地址点阵。由于晶体构造及所选旋转轴与转动角度的不同样

6、，能够出现不同样重合地址密度的重合点阵。）表中列出了立方晶系金属中重要的重合地址点阵。依照该模型，在大角度晶界构造中将存在必然数量重合点阵的原子。晶界上重合地址愈多，即晶界上愈多的原子为两个晶粒所共有，原子排列的畸变程度愈小，则晶界能也相应愈低。可是从表得悉，不同样晶体构造拥有重合点阵的特别位向是有限的。因此，重合地址点阵模型尚不能够讲解两晶粒处于随意位向差的晶界构造。晶界能晶界上的原子排列是不规则的，存在畸变，进而使系统的自由能增高。晶界能(Grainboundaryenergy)定义为形成单位面积界面时系统自由能的变化(dF/dA)，它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量

7、。小角度晶界的能量主要来自位错能量(形成位错的能量和将位错排成相关组态所作的功)，而位密度又决定于晶粒间的位向差，因此，小角度晶界能也和位向差相关：(3.20)式中为常数，它取决于资料的切变模量G、泊桑比，和柏氏矢量b；A为积分常数，取决于位错中心的原子错排能。由上式可知，小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大，但该公式只适用于小角度晶界，而对大角度晶界不适用。多晶体的晶界一般为大角度晶界，各晶粒的位向差大多在3040左右，实验测出各样金属大角度晶界能约在0.251.0J/m2范围内,与晶粒之间的位向差没关,大概上为定值。晶界能也能够界面张力的形式来表现，经过界面交角的测定求出它的相对值。图3

8、-74所示为3个晶粒相遇时，它们两两订交于一界面，3个界面订交于1个三叉界棱。在达到平衡状态时，O点处的界面张力必定达到力学平衡，即其矢量和为零，故或(3.21)若取其中某一晶界能作为基准，则经过测量角即可求得其他晶界的相对能量。在平衡状态下，三交叉晶界的各面角均趋向于最牢固的120，此时各晶粒之间的晶界能基真相等。晶界的特点1.晶界处点阵畸变大，存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，进而降低晶界的总能量，这是一个自觉过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需经过原子的扩散来实现，因此，温度高升和保温时间的增加，均有利于这两过程的进行。2.晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位

9、错的运动起阻截作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内拥有较高的强度和硬度。晶粒越细,资料的强度越高，这就是细晶加强；高温下则由于晶界存在必然的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。3.晶界处原子偏离平衡地址，拥有较高的动能，并且晶界处存在很多的弊端如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。4.在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,因此新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高。5.由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，经常晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界消融和氧化，致使“过热”现象产生。6.由于晶界能量较高、原子处于不牢固状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内对照晶界的腐化速度一般较快。这就是用腐化剂显示金相样品组织的依照，也是某些金属资料在使用中发生晶间腐化损坏的原因。内容总结（1）3.3.2晶界和亚晶界属于同一固相但位向不同样的晶粒之间的