晶粒尺寸與試樣厚度相比還非常小-金相分析
表面誘發(fā)異常晶粒長大的原因被認(rèn)為是晶粒之間表面能的差
異。晶粒的單位面積表面能是該晶粒自由表面所屬晶面的函數(shù)。如
果多晶材料中表面晶粒的取向不同,則它們的表面能一般也不同。
從降低系統(tǒng)總的表面能出發(fā).表面能低的晶粒將具有向其周圍表
面能較高的晶粒擴(kuò)張的趨勢(shì)。由于實(shí).際的試樣不淪大小形狀如何,
都具有表面,所以從原則上來說,晶粒長大驅(qū)動(dòng)力的完整表達(dá)式
至少應(yīng)包含以下三項(xiàng):第一,試樣內(nèi)部由于晶界面積減小而引起
的總的界面能下降量;第二,由于試樣表面上表面能不同的晶粒
長大或縮小而引起的總的表面能的下降量;以及第三,晶界與表
面相連處的蝕溝的阻力。如果實(shí)際試樣中還存在雜質(zhì)原子、第二相
粒子或織構(gòu)等阻礙作用,則包含于一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)力表達(dá)式中的
項(xiàng)還將更多。但無論如何,上述三項(xiàng)都是存在的。其中前兩項(xiàng)為晶
粒長大提供驅(qū)動(dòng)力而第三項(xiàng)則產(chǎn)生阻力。
當(dāng)晶粒尺寸與試樣厚度相比還非常小時(shí),暴露于試樣表面上
的晶粒只占總數(shù)中的很小一部分,晶粒長大過程主要由上述第一
項(xiàng)(界面能)控制,而第二、第三項(xiàng),即表面的作用可以忽略不
計(jì)。但是當(dāng)平均晶粒尺寸近似于試樣厚度時(shí),晶界將從一個(gè)表面貫
穿整個(gè)試樣厚度到達(dá)另一表面,晶粒組織實(shí)際上已是一種二維的
組織,幾乎所有晶粒都將暴露于試樣表面,此時(shí)表面能的下降將
成為驅(qū)動(dòng)力的主要來源之一,同時(shí)表面蝕溝的阻礙作用也將越來
越明顯。當(dāng)這種阻力等于或大于由界面能及表面能提供的驅(qū)動(dòng)力
時(shí),從試樣整體上講,正常的晶粒長大過程將停止。