Искривление границ происходит путем их миграции с одновременным перемещением точки тройного стыка.
На рисунке, б сплошные линии изображают искривленные границы в равновесном тройном стыке после такой миграции, а пунктирные — исходное положение границ в неравновесном тройном стыке. Но искривленные границы нестабильны. Под действием поверхностного натяжения они стремятся уменьшить длину. Каждая граница выпрямляется миграцией в направлении центра ее кривизны.
На рисунке, в сплошные линии изображают спрямленные границы, а пунктирные — их исходное положение в равновесном стыке.
Схема границ на стыке трех зерен в разные моменты отжига
Схема границ на стыке трех зерен в разные моменты отжига:
а — до отжига;
б — после установления равновесия сил поверхностного натяжения в тройной точке путем искривления границ;
в — после выпрямления границ, нарушившего равновесие в тройной точке.
Миграция границы направлена к центру кривизны, потому что на вогнутой поверхности у атома больше связей с соседями из своего зерна, чем на выпуклой. Некомпенсированный переход атомов через границу и обусловливает рост зерен с вогнутыми границами за счет зерен с выпуклыми границами.
Спрямление границ нарушает ранее достигнутое равновесие в тройных стыках (в угол при вершине зерна А стал меньше 120°). Для достижения равновесия в тройном стыке границы вновь изгибаются миграцией и т. д. Таким путем зерна Б и В на рисунке постепенно растут за счет зерна А.
В плоской модели зеренной структуры поликристалла зерна с числом сторон больше шести должны укрупняться, а с числом сторон меньше шести — «поедаться» соседями. В реальном металле зерно с одной стороны имеет вогнутую поверхность и растет за счет соседа, а с другого края оно может иметь выпуклую поверхность и само поглощаться соседом. В целом же средний размер зерен возрастает.
При изотермическом отжиге зерна укрупняются с затуханием, так как сетка границ приближается к равновесной и движущая сила миграции границ постепенно уменьшается. При анализе структур на шлифах следует иметь в виду, что конфигурация трехмерной равновесной сетки границ зерен более сложная, чем двумерной.
В пространстве равновесию сил поверхностого натяжения отвечает упаковка из зерен четырнадцатигранников с несколько изогнутыми границами.
Даже если такая идеализированная равновесная конфигурация зерен и будет достигнута при отжиге, то в плоскости шлифа размеры произвольных сечений зерен получаются разными, а углы встречи трех границ будут отличаться от 120°.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков