По окончании первичной рекристаллизации, когда исчезают деформированные зерна, свободная энергия сильно понижена, однако структура остается нестабильной из-за неуравновешенности поверхностного натяжения на границах зерен.
Рассмотрим зеренное строение металла в виде двумерной модели. В стыке трех зерен силы поверхностного натяжения должны быть уравновешены. В металле или однофазном сплаве поверхностное натяжение на всех высокоугловых границах можно считать примерно одинаковым.
Тогда силы поверхностного натяжения γ, приложенные вдоль границ зерен, будут уравновешены при условии, что γ = 2γ cos θ/2 или cos = cos θ/2 = 1/2 и θ/2 = 60°.
Следовательно, равновесной конфигурации отвечает встреча трех зерен с углами при вершине 120°.
В двумерной модели зерна правильные шестиугольники с прямыми сторонами, образующие гексагональную сетку границ, соответствуют равновесию сил поверхностного натяжения. Такая сетка границ механически стабиль на, движущая сила миграции на каждой границе равна нулю и, следовательно, зерна не должны укрупняться.
В реальном металле при первичной рекристаллизации зерна приходят в соприкосновение между собой в разные моменты времени в разных точках своей поверхности и по окончании первичной рекристаллизации они имеют неправильную форму, разные размеры и разное число граней.
В плоской модели такие зерна изображаются многоугольниками с разным числом сторон: 3, 4, 6, 10, 50 и т. п.
Для соблюдения указанного выше условия равновесия сил поверхностного натяжения в тройных стыках зерна с числом сторон меньше шести должны иметь границы, обращенные вогнутостью в сторону зерна, а при числе сторон больше шести границы должны быть обращены вогнутостью в сторону соседей.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков