晶粒長大其實質是一種晶界的位移過程。在通常情況下，這種晶粒的長大是逐步緩慢進行的，稱為正常長大。但是，當某些因素（如：細小雜質粒子、變形織構等）阻礙晶粒正常長大，一旦這種阻礙失效常會出現晶粒突然長大，而且長大很多。對這種晶粒不均勻的現象稱為二次結晶。對於機械工程結構材料是不希望出現二次結晶的。但是對矽鋼片等電氣材料常利用這個二次結晶得到粗晶來獲得高的物理性能。
晶粒長大的驅動力是晶界能的下降，即長大前後的界面能差值。晶粒長大會減少晶體中晶界的總面積，降低界面能。因此，只要有足夠原子擴散的溫度和時間條件，晶粒長大是自發的、不可避免的。
基本介紹
- 中文名：晶粒長大
- 外文名： grain growth
- 分類：正常晶粒長大與異常晶粒長大
- 本質：晶粒長大是自發的、不可避免的
- 驅動力：長大前後的界面能差值
簡介,正常晶粒長大,影響晶粒正常長大的因素,異常晶粒長大,
簡介
再結晶結束後，材料通常得到細小等軸晶粒，若繼續提高加熱溫度或延長加熱時間，將引起晶粒進一步長大。晶粒長大按其特點可分為兩類：正常晶粒長大與異常晶粒長大（二次再結晶），前者表現為大多數晶粒幾乎同時逐漸均勻長大；而後者則為少數晶粒突發性的不均勻長大。
晶粒的長大，從熱力學條件來看，在一定體積的金屬中，其晶粒愈粗，總的晶界表面積就愈小，總的表面能也就愈低。由於晶粒粗化可以減少表面能，使金屬或合金處於較穩定的、自由能較低的狀態，因此，晶粒長大是一種自發的變化趨勢。要實現這種變化趨勢，需要原子有較強的擴散能力，以完成晶粒長大時晶界的遷移運動。而較高的加熱溫度正使其具備了這一條件。
晶粒長大的具體過程是由晶粒的互相吞併來完成的，而這種吞併又是通過晶界的逐漸移動而進行的。即某些晶粒的晶界向其周圍的其他晶粒推進，從而把別的晶粒吞併過來。晶界的移動與其曲率有關，晶界的曲率愈大，則其表面積也愈大，因此，一個彎曲的晶界有向其曲率中心移動而使其變得平直的趨勢，這一過程稱為晶界的平直化。如圖是晶界平直化的示意圖：
晶界平直化示意圖因為小晶粒的晶界一般具有凸面，而大晶粒的晶界一般具有凹面，因此晶界移動的結果是小晶粒易為相鄰的大晶粒所吞併。
正常晶粒長大
再結晶完成後，新的等軸晶粒已經完全接觸，冷加工儲存能已經完全釋放，但在繼續保溫或升高溫度的情況下，仍然可以繼續長大，這種長大是靠大角度晶界的移動併吞食其他晶粒實現的。晶粒長大是一自發過程，在晶粒長大過程中，如果長大的結果是晶粒尺寸分布均勻的，那么這種晶粒長大稱為正常晶粒長大。從整個系統而言，正常晶粒長大的驅動力是降低其總界面能。若就個別晶粒長大的微觀過程來說，晶粒界面的不同曲率是造成晶界遷移的直接原因。正常晶粒長大時，晶界總是向著曲率中心的方向移動。
影響晶粒正常長大的因素
1、溫度
退火溫度是影響晶粒長大的最主要因素。退火溫度高，晶界易遷移，晶粒易粗化。在一定溫度下，晶粒長大到極限尺寸後就不再長大，但提高溫度後品粒將繼續長大。
2、分散相粒子
第二相粒子阻礙晶界遷移．降低品粒長大速率。粗略估計，若第二相粒子為球形，半徑r，體積分數為φ，則再結晶晶粒尺寸為：d=4r/3φ。
3、雜質與微量合金元素
金屬中固溶的微量合金元素或雜質的存在能阻礙晶界的移動。“氣團”釘扎晶界，不利於晶界移動。
4、晶粒間的位向差
一般情況下，晶界能越高則晶界越不穩定．其遷移速率也越大。而晶界的界面能與相鄰晶粒的位向差有關，小角度晶界界面能低，故界面移動的驅動力小，晶界移動速度低，界面能高的大角度晶界可動性高。
異常晶粒長大
異常晶粒長大又稱不連續晶粒長大或二次再結晶，是一種特殊的晶粒長大現象。冷變形金屬在再結晶剛完成時，晶粒是比較細小的。若將再結晶完成後的金屬加熱超過某一溫度，則會有少數幾個晶粒突然長大，它們的尺寸可能達到幾個厘米，而其他晶粒仍保持細小，最終小晶粒被大晶粒吞併，整個金屬中的晶粒都變得十分粗大。如下圖所示為一種鎂合金經變形並加熱後的顯微組織：
退火孿晶關於二次再結晶的一般規律可歸納如下：
1、和正常晶粒長大一樣，二次再結晶的驅動力也是來自晶界能的降低，而不是來自儲存能。
2、二次再結晶中形成的大晶粒不是重新形核後長大的，它們是正常再結晶中形成的某些特殊晶粒的繼續長大。
3、這些大晶粒在開始時長大得很慢，只是在長大到某一臨界尺寸以後才迅速長大。
4、要發生二次再結晶，加熱溫度必須在某一溫度以上。通常大的晶粒尺寸是在加熱溫度剛剛超過這一溫度時得到的，當加熱溫度更高時，得到的二次再結晶晶粒的尺寸反而較小。
