亜結晶粒回転再結晶

冶金学、材料科学、構造地質学では、サブグレイン回転再結晶化は動的再結晶化の重要なメカニズムとして認識されています。これは、境界を横切る結晶格子間の不整合が粒界とみなされるのに十分になるまで、最初は低角のサブグレイン境界を回転させるものです。^{[1] [2]このメカニズムは、多くの鉱物（}石英、方解石、オリビン、輝石、雲母、長石、岩塩、ガーネット、ジルコンなど）や金属（さまざまなマグネシウム、アルミニウム、ニッケル合金）で認識されています。^{[3] [4] [5]}

金属や鉱物では、粒子は異なる結晶方位の整列した構造です。亜結晶粒は、粒界で 10～15 度未満の角度で配向された粒子として定義され、低角粒界 (LAGB) になります。エネルギーと粒界での転位の数の関係により、より多くの LAGB ではなく、より少ない高角粒界 (HAGB) が形成および成長する原動力があります。変態のエネルギーは、境界での界面エネルギー、格子形状 (原子間隔と平面間隔、材料の構造 [ FCC / BCC / HCP ])、および関与する粒子の自由度 (方位差、傾斜) によって異なります。再結晶化された材料は総粒界面積が少なくなるため、粒界に沿った脆性破壊による破損の可能性が低くなります。

亜結晶粒回転再結晶は、連続動的再結晶の一種である。連続動的再結晶では、低角粒が高角粒に進化し、ミスオリエンテーションの度合いが増加する。^[6]メカニズムの 1 つは、LAGB 内の同符号転位の移動と凝集に続いて粒界せん断が起こることである。 ^[7]この変態は、亜結晶粒界に小さな析出物が含まれており、それによって亜結晶粒界が固定されている場合に発生する。亜結晶粒界が転位を吸収すると、亜結晶粒は成長ではなく回転によって粒に変態する。このプロセスは一般に高温で発生し、転位が滑走および上昇するのを可能にする。低温では、転位の移動がより困難になり、粒の動きが悪くなる。^[8]

対照的に、不連続な動的再結晶化では、新しい粒子の核生成と成長が起こり、温度や圧力の上昇により、新しい粒子は周囲の粒子に比べて大きな角度で成長します。

結晶粒の強度は、一般的にホール・ペッチ関係式に従います。これは、材料の強度が結晶粒度の平方根に比例して減少するというものです。より小さな亜結晶粒の数が多いほど、降伏応力が高くなります。そのため、意図的に亜結晶粒を多く含むように製造される材料もあります。この場合、亜結晶粒の回転再結晶化は避けるべきです。

析出物は粒界にも形成されることがあります。亜粒界の析出物は隣接する粒と平行に細長い形状で成長するのに対し、HAGB の析出物はよりブロック状であることが観察されています。このアスペクト比の違いにより、材料に異なる強化効果がもたらされる可能性があります。LAGB の長い板状の析出物は、応力を受けると剥離して脆性破壊を引き起こす可能性があります。亜粒界回転再結晶により LAGB の数が減り、したがって平らで長い析出物の数が減り、この脆性破壊に利用できる経路の数も減ります。

走査型電子顕微鏡(SEM) 技術、例えば電子後方散乱回折(EBSD) や偏光顕微鏡(POM) などを使用して、さまざまな粒子とその配向を観察できます。サンプルは最初に冷間圧延または熱間圧延されて高い転位密度が導入され、次にさまざまなひずみ速度で変形されて動的再結晶が発生します。変形は圧縮、引張、またはねじりの形をとる場合があります。^[6]粒子は加えられた応力の方向に伸び、亜結晶粒界の配向角が増加します。^[8]