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探索再结晶、EBSD和TEM图像解析的奥秘

kaikai 2024-5-21 11:21:09
本文主要详细介绍了再结晶发生的过程,再结晶的分类及其影响因素。所述内容都是材料科学中经典的精华内容,可以很好地帮助大家正确的理解再结晶。文章最后附有关于BESD和TEM的照片,供大家进行解析。
再结晶是材料发生结晶过程的一种形式,可以通过热处理或热变形引发。在变形过程中,材料会产生各种缺陷,如位错和界面,使得材料处于不稳定状态。高温下的变形过程会倾向于消除这些缺陷,以降低系统的自由能。通过位错的重排和湮没,部分恢复到变形前的组织和性能。在储存能量的驱动下,新的晶粒结构形成,这个过程称为再结晶。

再结晶可以按照发生的工艺分为静态再结晶(SRX)和动态再结晶(DRX)。静态再结晶发生在退火过程中,动态再结晶则发生在热变形过程中。根据再结晶发生的具体过程,可以进行更详细的分类,如连续动态再结晶(CDRX)、不连续动态再结晶(DDRX)、几何动态再结晶(GDRX)和亚动态再结晶(MDRX)。需要注意的是,这些分类并没有严格的界限,不同的科学家可能有不同的定义。

再结晶受到多个因素的影响。其中,层错能(γSFE)是一个重要因素,它决定了层错宽度并影响位错的分解程度。低的γSFE有利于位错的离解反应,阻碍位错的移动和滑移,从而延缓动态再结晶的发生。原始晶粒尺寸也是影响再结晶的因素之一。较小的晶粒尺寸会增加晶界的数量,阻碍位错的运动,从而影响位错的容易程度和材料的屈服强度。热加工条件如温度和应变速率也会影响再结晶的程度。较低的应变速率和较高的温度有利于再结晶的发生。第二相粒子在再结晶过程中起着重要作用,可以通过阻碍晶界运动来减缓再结晶的进行。

经典的图片分析方法包括EBSD和TEM。EBSD可以通过观察DefRex图来判断再结晶晶粒,并计算其百分比。然而,由于分辨率的限制,该方法可能存在一定的准确性问题。而透射电子显微镜(TEM)则可以直接观察位错等亚结构,是研究再结晶的有力手段。

总之,再结晶是材料发生结晶过程的一种形式,受到层错能、原始晶粒尺寸、热加工条件和第二相粒子等多个因素的影响。图片分析方法如EBSD和TEM可以用来观察和研究再结晶过程。



图1 锻造TNM合金的DefRex图(笔者数据)

再结晶晶粒通常被大角度晶界所包裹。因此,可以通过观察晶界来判断晶粒是否发生了再结晶。如果某个晶粒被大角度晶界所包裹,则说明该晶粒发生了再结晶。如图2所示,绿线表示大角度晶界,被分开的晶粒就是发生了动态再结晶的晶粒。

图2 锻造TiAl合金的BC+GB(晶界)图

EBSD技术的出现增强了对再结晶的理解。然而,由于该技术依赖像素点的计算,误差难以避免。相比之下,TEM技术可以直接观察位错等亚结构,直观地判断晶粒是否为再结晶晶粒。图3显示了TiAl合金在轧制过程中的TEM照片,可以清楚地看到没有位错的等轴晶粒,它们就是再结晶晶粒。


图3 TiAl合金轧制后的TEM图片


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