退火孪晶

某些面心立方金属和合金如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏体不锈钢等冷变形后经再结晶退火后，其晶粒中会出现孪晶。孪晶带两侧互相平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由（111）组成；孪晶带在晶粒内终止处的孪晶界，以及共格孪晶界的台阶处均属于非共格的孪晶界。

简介

退火孪晶是低层错能面心立方金属材料中比较常见的一种显微组织，使用技术的锻造和高温燃烧，使晶粒长大后发生异常，通过退火孪晶形成背后的科学的研究，积累了一定的经验，这些斑点在生产线、金属材料控制和使用退火孪晶这种微观结构发展更完美。随着现代金属材料和冶金科学技术的发展，人们对材料微观结构控制的重要性有更深刻的理解，也不断在探索中发明更多的有效方法。退火孪晶是一个低级错误，可以由面心立方金属变形再结晶退火后形成的常见的组织形式，正常条件下的热淬火、研究过热和控制在实际生产的金属晶粒长大有现实意义。

退火孪晶包括三个典型的退火孪晶形式：晶界交角处的退火孪晶、贯穿晶粒的完整退火孪晶、一端终止于晶内的不完整退火孪晶。人们普遍认为退火孪晶形成的晶粒生长的过程中，出现一共格的孪晶界并随之而在晶界角处形成退火孪晶。

退火孪晶的形成机制

晶粒生长机制

退火孪晶是在晶粒生长过程中形成的，当晶粒通过晶界移动而生长时，原子层在晶界角在堆垛顺序的意外障碍，退火孪晶是运动的大角度晶界。在成长的过程中，如果原子在一个孪晶带，恢复原来的表面发生错误的叠层顺序，则形成第二个共格孪晶界构成了孪晶带。晶粒生长是一个复杂而有规律的过程，只有真正了解晶粒的生长机制和过程，才可能真正理解什么是退火孪晶。晶粒生长过程如下图《晶粒生长过程》所示。

横向形成机制

横向形成机制的本质是层错，该机制适用于“穿晶型”退火孪晶，延长而增加加热温度和保温时间，奥氏体晶粒尺寸由大角晶界迁移的增长。在迁移过程中，由于热应力的作用，抵抗的粒子很容易使晶界的形成层表面堆积序列发生在断层，断层性质相当于一个原子的双胞胎。稳定的双核心位置至关重要，随着运动长大的大角度晶界，在成长的过程中，如果发生错误的堆原子在表面，恢复原始的叠层顺序，并形成一个错层，即形成了一完整的穿晶型退火孪晶，这就是退火孪晶晶粒的横向形成机制。

纵向形成机制

纵向形成机制的本质是不全位错按极轴机制的运动，该机制适用于“中止型”退火孪晶，中止型退火孪晶是不连贯的孪晶，横向相干的孪晶面和结束时的晶界。接口可以因此增长，方式是通过双接口和大角度晶界迁移。由于不完全脱位是根据机制的极轴运动，退火孪晶将继续成长，各种各样的新思想、新观念和新技术层出不穷，其应用领域不断扩大，多晶材料在开采过程中不断显示巨大的潜力，不仅使合金的整体性能得到改善，而且是使抗晶界失效性能得到改善的有效途径，这就是退火孪晶晶粒的纵向形成机制。

金属材料退火孪晶控制

控制材料显微组织

通过控制显微组织使材料的性能满足使用的要求，这是现代材料科技工作者的一项重要工作内容。在合成材料、加工和使用过程中微观结构有可能改变，除了熔炼和铸造在现代钢铁行业，使用变形和热处理来控制微观结构的钢。退火孪晶这种微观结构，在各种各样的面心立方金属，通过光学显微镜观察退火孪晶。随着发展的微观分析方法，特别是电子显微镜的出现，在退火孪晶的研究有进一步的认识。退火孪晶晶粒和矩阵有一个特定的取向关系，双晶粒取向和矩阵之间的关系，相对于另一个晶体绕某一低指数的晶轴旋转某特定的角度后。

运用现代分析检测仪器

随着现代分析检测仪器的发展，现在已经能够方便的获取及标定晶体样品表面晶粒的取向及自动判定晶粒之间的取向关系，这就是电子背散射衍射EBSD技术。当电子束入射到表面和材料之间的相互作用可以产生各种信号，散射电子表面效应与水晶样品后会产生衍射模式，电子背散射衍射模式和晶体结构和位置相对于入射光晶体取向，确定不同的相结构。EBSD可以完全和定量确定样品基于晶体定位信息的微观结构，可以为快速方便地确定退火孪晶结晶学的关系提供保证。可以通过适当的变形和热处理工艺改进的退火孪晶界及其相关的比例晶界，从而使材料与晶界有关的性能得到大幅度提高。

金属材料退火孪晶的应用

金属材料退火孪晶的应用基于其作用，作用主要是改善金属特性，从而达到让材料更加优质地服务人类生活的目的。退火孪晶的形成，使原来的粗大奥氏体晶内型退火孪晶晶粒细化，悬挂式退火孪晶是由于“分裂”的影响破坏完整性的原始奥氏体晶粒尺寸。两个退火孪晶是增加数量的原始奥氏体晶界，在随后的缓慢冷却或加热平衡组织变化和新阶段将增加数量的成核，可以细化晶粒尺寸。可见，退火孪晶金属材料主要体现在优良的晶粒，而细化晶粒可以有效改善金属材料特性，使得金属材料的应用范围更广泛。

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