金属顶刊《Acta Materialia》：一种用于再结晶成核的新能量判据！
原创 材料力学
导读： 本文研究了铝三晶沿柱状晶方向冷轧至减厚40%时的形核过程。成核仅在三种晶体之一中发生，而不在晶界发生。观察到细胞核继承了母体基体的取向，更令人惊讶的是，发现储能（通常被认为是再结晶成核的驱动力）并不能为研究样品中的再结晶成核提供可靠的判据。相反，在子结构由锐带组成的区域中，核密度最高，这对应于高度各向异性的取向分布区域。提出了一种用于再结晶成核的新能量准则，称为“一次储能”，该判据依赖于存储能量和取向分布的各向异性。
变形的多晶材料中的再结晶成核对实验研究非常具有挑战性，因为原子核很少且其位置难以预测。尽管人们普遍认为第二相颗粒，剪切带，过渡带，原始晶界和三重结是优先成核位点，但尚不清楚它们是否同样有利。此外，在变形的多晶基体中，将原子核的晶体取向与其母位的晶体取向联系起来更具挑战性。到目前为止，只有通过使用显微硬度压痕 或只关注取向关系来人工刺激再结晶成核，才能克服这一挑战。
研究再结晶成核的另一种方法是使用微观结构，例如精心变形的单晶和双晶或柱状多晶。尤其是柱状多晶，结合了再结晶研究的多个优点：晶粒取向和形状众所周知，可以选择晶粒取向以提供有趣的取向关系，并且样品可以为厘米大小，从而得到足够数量的材料可以在不同的退火条件下进行研究。更为重要的是，由于样品的微观结构在柱状方向上变化不大，因此有可能沿该方向将样品切成多个切片，将它们视为相似（即使在变形后），并进行不同的使用和分析。
在此，法国里昂大学分析了经受轧制的柱状三晶体中的再结晶成核。将再结晶成核与多尺度的变形微观结构相关联，包括与位错边界相关联的众所周知的“储能”取向分布，在此基础上提出了一个新的能量准则，该准则可以更好地描述成核观察结果，而不仅仅是存储的能量。相关研究结果以题为“Importance of deformation-induced local orientation distributions for nucleation of recrystallisation”发表在Acta Materialia上。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421001889
该实验配置用于在整个样本长度上获得相同的变形微结构，从而可以将其切成几片具有相似微结构的切片，并以不同的方式使用这些切片。一些切片用于分析变形微结构，而其他切片用于分析退火微结构。
图1.三晶铝样品，将其分成10片。（a）带有RD的初始柱状显微组织∥ <110>， 以及晶体A，B和C，（b）这三种晶体的方向，（c）轧制的样品及其10个切片（从RD两端除去约1 mm的材料后），切片5用蓝色突出显示，以及（d）切片的观察平面。
图2。在TD-ND平面观察到的变形微观结构。（a）接近三点的区域的EBSD取向图，（b）如（a）所示的三个晶体内部的位错分布，以及（c）这三个晶体的{111}极图，其中标出了初始取向通过实心形状。
图3 在RD–ND平面观察到的变形微观结构。（a）在图1 d所示的RD–ND平面上的EBSD方向图（Rodrigues矢量图）。（b）沿着（a）上绘制的箭头通过晶体A的位错分布（相对于起始点）。（c）（a）所示的AI，AII和AIII区域的方向分布。（d）关于优先取向轴的取向分布
再结晶优先在平均储能最高的晶体中发生，但不会在先验假定的优先位置（例如三线或晶界）出现，也不会在该晶体中局部储能最高的位置发生。原子核的取向在母体的取向，变形微结构中，并且优选位于母体取向分布的郊区。这些取向可能在变形微结构中具有最高的局部取向。在由或多或少的尖锐带组成的子结构区域中，原子核的密度不同，并且发现带锐度与相关取向分布的各向异性有关。
图4 在AI，AII和AIII区域观察到的变形子结构，是高空间分辨率的EBSD取向图（步长为0.25 µm）。有关区域的位置，请参见图3。边界代表迷失方向≥2个。注意优惠±TD迷失方向以及这三个区域之间明显不同的子结构。颜色表示相对于贴图的平均方向的方向差向量（AI除外，AI使用的方向位于图3c的两个方向模式之间的中间位置）。
图5.在TD-ND平面中靠近三点的区域中进行退火的组织。（a）ECC图像，其中晶界以红色突出显示。仅在晶体A中观察到核。（b）（a）所示区域内的EBSD方向图（Rodrigues矢量图）。（a）上的黄线表示图6中使用的RD-ND截面。
图6.RD–ND平面中的退火组织如图5a所示。（a）EBSD取向图和相图，显示了部分重结晶的微观结构。根据Rodrigues向量对方向图进行着色，对相位图进行浅蓝色矩阵着色，对各个原子核进行随机着色。（b）{111}变形矩阵和原子核内部区域AI的极图′， 人工智能'' 和AI''′ （a）分别。
图7.储能之间的关系（E）和核密度（ρñ）。（a）沿图3a中绘制的箭头所示的ND分布图（不包括第一个和最后一个110 µm）。（b）两者之间的相关性 E 和 ρñ。
图8.平均局部错位角和核密度之间的关系。（a）沿图3a中绘制的箭头所示的ND分布图（不包括第一个和最后一个110 µm）。（b）两者之间的相关性 和核密度。
综上所述，作者提出了一种用于再结晶成核的新能量准则，称为“一次储能”，它取决于储能和取向分布的各向异性。当子结构由锐带组成时，核密度最高，这对应于高度各向异性的取向分布区域。