探索再结晶、EBSD和TEM图像解析的奥秘

本文主要详细介绍了再结晶发生的过程，再结晶的分类及其影响因素。该过程可通过热处理或热变形引发。在材料变形过程中，会产生各种缺陷，如位错和界面，导致材料处于不稳定状态。高温下的变形倾向于消除这些缺陷，从而降低系统的自由能。通过位错的重排和湮没，部分恢复到变形前的组织和性能。在储存能量的驱动下，新的晶粒结构形成，这一过程称为再结晶。

再结晶可分为静态再结晶（SRX）和动态再结晶（DRX）。静态再结晶发生在退火过程中，而动态再结晶则发生在热变形过程中。根据再结晶发生的具体过程，可以进行更详细的分类，如连续动态再结晶（CDRX）、不连续动态再结晶（DDRX）、几何动态再结晶（GDRX）和亚动态再结晶（MDRX）。这些分类虽然没有严格的界限，但为科学家提供了更清晰的研究框架。

再结晶受多个因素影响，其中层错能（γSFE）是重要因素之一，决定了层错宽度并影响位错的分解程度。低γSFE有利于位错的离解反应，阻碍位错的移动和滑移，从而延缓动态再结晶的发生。原始晶粒尺寸、热加工条件（如温度和应变速率）以及第二相粒子等也影响再结晶的程度。较小的晶粒尺寸会增加晶界的数量，阻碍位错的运动，从而影响位错的容易程度和材料的屈服强度。热加工条件如温度和应变速率也会影响再结晶的程度。较低的应变速率和较高的温度有利于再结晶的发生。第二相粒子在再结晶过程中起着重要作用，可以通过阻碍晶界运动来减缓再结晶的进行。

经典的图片分析方法包括EBSD和TEM。EBSD可以通过观察DefRex图来判断再结晶晶粒，并计算其百分比。然而，由于分辨率的限制，该方法可能存在一定的准确性问题。而透射电子显微镜（TEM）则可以直接观察位错等亚结构，是研究再结晶的有力手段。金鉴实验室现有两台TF20 场发射透射电镜，配备能谱仪，可用于无机材料微结构与微区组成的分析和研究，还提供全面的材料分析解决方案，包括但不限于EBSD、X射线衍射、扫描电子显微镜等技术，可以满足对材料特性全面了解的需求。

总之，再结晶是材料发生结晶过程的一种形式，受到层错能、原始晶粒尺寸、热加工条件和第二相粒子等多个因素的影响。图片分析方法如EBSD和TEM可以用来观察和研究再结晶过程。

图1 锻造TNM合金的DefRex图（笔者数据）

再结晶晶粒通常被大角度晶界所包裹。因此，可以通过观察晶界来判断晶粒是否发生了再结晶。如果某个晶粒被大角度晶界所包裹，则说明该晶粒发生了再结晶。如图2所示，绿线表示大角度晶界，被分开的晶粒就是发生了动态再结晶的晶粒。

图2 锻造TiAl合金的BC+GB（晶界）图

EBSD技术的出现增强了对再结晶的理解。然而，由于该技术依赖像素点的计算，误差难以避免。相比之下，TEM技术可以直接观察位错等亚结构，直观地判断晶粒是否为再结晶晶粒。图3显示了TiAl合金在轧制过程中的TEM照片，可以清楚地看到没有位错的等轴晶粒，它们就是再结晶晶粒。

图3 TiAl合金轧制后的TEM图片

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