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大角度晶界与材料韧性的影响关系

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上文回顾:近β高强钛合金高温变形后的金相组织分析

大角度晶界是指多晶材料中各晶粒之间的晶界称为大角度晶界,即相邻晶粒的位向差大于15°的晶界。

a大角度晶界,b小角度晶界

a大角度晶界,b小角度晶界

一些文献中提到了大角度晶界有利于材料韧性 但是都讲得很少,具体是大角度晶界是怎样影响韧性的?有没有哪些文献推荐呢?

一般来说,韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力,是强度和塑性的综合表现,强度是材料抵抗变形和断裂的能力,而塑性则表示断裂时总的塑性变形程度。因此,一般用材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的多少来表示韧性的高低。材料吸收的能量在微观组织结构表现于缺陷形成/运动消耗的功,晶界是面缺陷,在该过程扮演重要角色,表现为协调两侧晶粒、阻碍缺陷运动/改变裂纹扩展轨迹,等等。这些并不需要什么科研文献讨论,教科书就说明了。当然,对于具体材料中具体界面的表现还是很有必要研究,其原理就是这些。

这个现象很明显的,在材料大塑性变形过程中,形成许多小角度晶界,材料硬脆,必须经过回复再结晶退火,形成大角度晶界,材料的韧性才能回升,可以参考很多SPD的文献,里面都有记载和论述。

大角度晶界主要是让裂纹扩展变得困难,从而提高材料的韧性。小角度晶界,裂纹很容易扩展,只要偏转一点就能沿着下一个晶界扩展,韧性降低。

晶界增多,在相同体积下使得晶粒数目增多,多晶晶体在变形的时候,变形能够分散在更多的晶粒中,使得材料不容易破碎

大角度晶界研究中有一个“重合位置点阵”模型,就是说两个相邻的晶粒的原子可以形成一个新的点阵,这就降低了晶界自由能,并且大角度晶界的重合位置一般都是和点阵位置的密排面重合,,而塑性变形时,滑移面也是密排面,因此能够增加塑性变形的滑移系(滑移面)。所以能够促进塑性变形。可以参考一下《金属学》