激光冲击辅助的奥氏体不锈钢组织与性能研究(5)
如果跳出CSL晶界模型框架，单从特殊晶界与改善多晶块体材料使用性能的角度考虑，“晶界工程”所涵盖的研究工作早在上世纪60年代就开始、并且已经取得了巨大的成功。在这方面，有两个最具代表性的实例：一是在不锈钢中添加Ti可以避免晶界贫Cr，这可以显著改善材料的沿晶腐蚀行为；二是在NiAl金属间化合物中添加B或Zr可改善晶界塑性，这可以从根本上增加金属间化合物的塑性[13]。
基于上述几方面的考虑，“晶界工程”可定义为：通过改变合金化、形变和热处理来增加多晶材料中特殊晶界的比例，以合理优化材料的GBCD，使特殊晶界能够有效打断一般大角度晶界网络的连通性，材料的晶界失效抗力能够得到显著提高。
1.3.2 晶界工程分类与机制
根据晶界特征分布优化的基本原理，可以将“晶界工程”初步划分为“基于退火孪晶”、“基于织构”、“基于原位自协调”和“基于合金化改善晶界特性”四大类型。
1.3.2.1 基于退火孪晶的GBE
基于退火孪晶的GBE是指通过改变合金化以及选择恰当的形变和热处理在合金中引人大量退火孪晶界(或退火孪晶)，即Σ3晶界，其中非共格Σ3晶界的迁移及其相互之间的一级和二级反应可生成Σ9和Σ27等低Σ-CSL晶界，这一过程的不断进行可最终优化合金的GBCD[14]。显然，这一原理只适用于在形变退火过程中容易形成退火孪晶的中低层错能面心立方金属。改变合金化主要是为了进一步降低合金的层错能，以使合金“天然”易于形成大量退火孪晶；选择恰当的形变和热处理则是为了最大限度地激发非共格Σ3晶界的形成及其迁移，以实现最佳的GBCD优化。
由于涉及很多重要的工程材料，如奥氏体不锈钢、镍基合金、铜合金和铅合金等，基于退火孪晶的GBE倍受人们的关注。
1.3.2.2 基于织构的GBE
基于织构的GBE是指通过改变合金化以及选择恰当的形变和热处理在合金中引入某一种或几种强织构，并且由于同一种或不同种织构中相邻晶粒之间总是存在符合某些CSL位向关系的特定取向关系，织构形成的同时也就自然地在合金中引入比例较高的某些低Σ-CSL晶界。Watanabe[15]的相关研究指出：在存在单一的{100}强织构时，材料中Σ1, Σ5, Σ13和Σ15等特殊晶界的比例较高；存在单一的{110}强织构时，则材料中Σ1, Σ3, Σ9和Σ19等特殊晶界的比例较高。王轶农等人[16]的研究表明：当同时存在强的{100}<001>立方织构和强的{123}<634>s织构时，材料中Σ7这一特殊晶界的比例很高，这主要是因为立方织构和S织构之间的取向关系正好符合Σ7的<111>40°位向关系。由于织构的存在会导致材料宏观性能的各向异性，这在很多场合下是要尽量避免的，基于织构的GBE的应用受到一定限制。
1.3.2.3 基于原位自协调的GBE
基于原位自协调的GBE是指在完成初次再结晶的体心立方材料中存在着大量<100>晶带内的倾侧对称线非对称一般大角度晶界<100>，选择恰当的热处理可以使这些晶界通过局部的原位自协调转变成同样是<100>晶带内的{001}，{011}，{013}和{015}等特殊晶界。这一原理是由Lejeck等人[17]于最近几年才提出的，因此，相关的实验数据还比较缺乏。考虑到晶界的原位自协调不仅取决于晶界本身的迁移能力，而且还受到诸如三叉晶界特征分布(TJCD)的影响，基于原位自协调的GBE尚有许多基础性问题需要研究。可以预见，基于原位自协调的GBE将在众多的体心立方材料的性能改进方面发挥重要作用。
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