ГлавнаяГраницы зерна появляются либо в процессе кристаллизации (из расплава, раствора, пара, аморфного металла) — по мере столкновения растущих кристаллов, либо позднее — собиранием разрозненных дислокаций.
Так, при гальваническом осаждении меди сначала на подложке возникают островки металла: при толщине 50нм и поперечнике 250 нм в них еще нет дислокаций. Так же и при вакуумном напылении первоначальные пленки из островков до 20нм дислокаций не содержат. В слитке дислокации появляются не только от встречи дендритов, но и от термических и концентрационных деформаций и напряжений. После пластической деформации новые границы формируются из дислокаций.
Самопроизвольное (“флуктуационное”) зарождение нового зерна вне связи с дислокациями или границами существующих зерен или фаз невозможно. Пластическая деформация создает плотность дислокаций р < 10в11 см-2. Аморфное вещество появилось бы при р ~ 10в13 см-2 (от слияния ядер всех дислокаций). Соответственно движущая сила рекристаллизации Z' ~ р на два порядка ниже, чем при кристаллизации аморфного вещества. Ho и там спонтанное зарождение невозможно, а здесь тем более.
Чтобы все собранные с площадки величиной d2 дислокации с одинаковым вектором Бюргерса b образовали одну границу зерна с углом разворота wкр ~ 0,1, плотность этих (“геометрически необходимых”) дислокаций рг должна составить
Чем ниже плотность дислокаций, тем более крупное зерно они очертят, когда объединятся в границы внутри монокристалла:
Для “обычного” зерна d ~ 30 мкм понадобится р ~ 10в9 см-2. Геометрически необходимая плотность дислокаций рг для пластической деформации у в поликристалле с зерном d0 составляет рг = у/bd0. Новые зерна размером d > wкр /pгb образуются, если d < d0 (дислокаций хватает, чтобы хотя бы рассечь зерно пополам). Значит, по соотношению (15) для первичной рекристаллизации нужна пластическая деформация
Первичной рекристаллизации не бывает после “докритической” пластической деформации у < укр ~ 10%.
Электронномикроскопически наблюдали in situ как прямое формирование границ из сплетений дислокаций в меди, так и слияние субграниц в границу зерна в алюминии путем перемещения тройного стыка. Субграницы наклона двигались как целое, а субграница кручения — расслоившись на две границы наклона в других плоскостях.
“Свободный” край границы — дисклинация с сильным дальнодействием. Поэтому составляемые из дислокаций границы быстро образуют замкнутую систему. Границы зерна формируются из дислокаций даже и в процессе сильной холодной деформации: при волочении железа для этого нужно истинное удлинение ф = In (l/l0) ~ 1...6.
Если тензорная плотность дислокаций низкая, то даже весьма высокая скалярная плотность (р ~ 10в10 см-2) уничтожается аннигиляцией, без зарождения нового зерна — как в мартенсите после “фазового наклепа” или при ротационной ковке: если частыми всесторонними ударами железо деформировать на 96 %, чтобы равно работали все системы скольжения, то структура сохраняется в течение 1 ч при 700 °С, тогда как после обычной деформации — всего несколько минут при 500 °С.
“Свежая” граница зерна, возникшая из дислокаций по достижении критического угла субграницы w = 10°, будет нерегулярной. Так, у границы наклона из дислокаций (a/2)<110>{111} в решетке ГЦК (а также и из (а/2)<111>{1 10} в решетке ОЦК) ось наклона <211>. Ho чтобы разворот около этой оси дал какую-нибудь из решеток совпадений с Е<30, нужен угол не менее чем со = 44° (для Е21b). У границ из двух систем дислокаций оси поворота иные, но в любом случае только для наклона <100> достаточен разворот w = 16° (для Е25а), а для всех остальных надо w > 21°.
Тем не менее электронномикроскопическое (по линиям Кикучи) измерение ориентировки 85 зародышей рекристаллизации в сильно (на 80%) деформированном никеле показало, что на самой ранней стадии (4...10 мин при 0,53 Тпл), пока зародыш не крупнее 1 мкм, новая граница в 50% случаев соответствует E3; E5; ?7; E11; E15, т. е. Довольно хорошему сопряжению с матрицей, с малой энергией границы. Когда же зародыши выросли до 2...4 мкм, только 26% границ остались регулярными. Таким образом, легче зарождаются границы регулярные (с малой энергией), но быстрее поглощают дислокации границы нерегулярные.
Большинство новых зерен зарождалось “на подложке”, имея готовую (старую) границу с одной, двух или трех сторон (“в углу зерна”). He ясно, не было ли здесь попутной сортировки дислокаций: “старая” граница w, могла, поглощая избранные дислокации, изменить разворот до O3, чтобы от нее отщепилась новая граница w4. Конечным геометрическим результатом была бы “обменная реакция” w1 + w2 —> w3 + w4 с выигрышем в энергии (Г1+Г2) > (Г3+Г4) за счет того, что новые границы w3 и w4 регулярные.