定向生长理论这种理论认为在变形基体中早已存在不同取向的晶核即回复阶段形成的亚晶其中只有那些取向有利的晶核其晶界才能获得最快的迁移速率例如面心立方金属只有当两个晶粒的位向差为3040时其界面移动速率最快而其他取向的晶核生长速度太慢在竞争生长中最终被淘汰长大速率大的晶核长成取向接近的再结晶晶粒即形成了再结晶织构23再结晶织构的定向生长理论615时铝新晶粒的晶界移动速率与位向差的关系24由于变形基体中已具有很强的择优取向再结晶形核时晶核本身也具有择优取向这些择优取向的晶核长大后必然具有择优取向即形成再结晶织构透射电镜选区衍射的实验结果表明定向生长机制是起主导作用的再结晶织构是保持原变形织构的情况下定向形核也是很可能存在的不过定向形核以后若要最终形成再结晶织构定向生长仍然是不可少的织构引起金属材料各向异性25面心立方金属和合金如铜黄铜及不锈钢等经加工及再结晶退火以后常常会出现很清晰的孪晶组织称为退火孪晶孪晶中横贯整个晶粒而互相平行的分界面为孪晶面111它为两边的晶体所共有这种孪晶界称为共孪晶带在晶内终止处的端面属于非共格孪晶界七再结晶织构26一般认为退火孪晶是由于新晶粒界面在推进过程中由于某些原因如热应力等而出现堆垛层错造成的例如由abcabc

　　（1）具有S形特征，存在孕育期 （2）再结晶速率开始时很小，然后逐渐加快，再结晶体积分数约为 0.5时，速度达到最大值，随后逐渐减慢 （3）温度越高，转变速度越快

　　恒温再结晶时的形核率是随时间增长而衰减的。当形核率I随时间 呈指数关系衰减时，用阿弗拉密方程来描述恒温再结晶。即： XR=1-exp（-Btk）

　　再结晶是一种形核和长大的过程。靠原子的扩散进行。 冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶 段发生的。

　　特点： 1、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒； 2、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，塑性迅速升 高，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态； 3、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变） 消除，位错密度明显降低。

　　• 铝的层错能高，就难以出现退火孪晶 • 近年来，在体心立方金属中也发现了退火孪晶，但晶 体学关系较为复杂

　　冷变形金属完成再结晶后，继续加热时会发生晶粒长大。 晶粒长大又可分为正常长大和异常长大（二次再结晶）。

　　对于多晶体，不同晶粒的变形 程度不同，变形大的位错密度高， 畸变能高；变形小的位错密度低， 畸变能低。低畸变区向高畸变区 伸展，以降低总的畸变能。

　　AB为两个不同位错密度区的边界（大角度晶界），两 区域的单位体积自由能差为ΔGv。若AB向高密度位错 晶粒（Ⅱ）弓出ΔV的体积，形成无畸变新晶核，相应 增加晶界面积ΔA

　　当变形量很大时，较大的无应变亚晶（多边化时产生）为基础 直接长大，吞食周围的亚晶，亚晶界向周围迁移。 由于变形大，位错密度高，亚晶界曲率大，易于迁移。亚晶界 迁移过程中清除并吸收其扫过亚晶的位错，使迁移亚晶界的位错 增多，变成大角度晶界。当尺寸超过临界晶核时就成了再结晶的 核心。

　　• 再结晶温度并不是一个确定的物理常数，它随许多因Kaiyun平台 开云体育官方入口素而 改变。 • 再结晶有开始发生的温度和完成的温度之分，工程上所说 的再结晶温度是指完成再结晶的温度。 • 再结晶温度定义：经过严重冷变形的金属（ε70%）保温 1h再结晶完成95%所对应的温度 • 对于工业纯的金属，其起始再结晶温度与熔点之间存在下 列关系： T再= (0.3~0.4)T熔 式中T熔温度是指绝对温度 • 不适用于合金和高纯（纯度高于99.99%）金属

　　• 具有变形织构的金属经过再结晶退火后，织构也难以完 全消除，有时还可能出现新的“再结晶织构”（或称 “退火织构”） • 再结晶织构的位向可能和原来的变形织构相同，也可能 不同，但和原织构往往具有一定的取向关系 • 当金属板材中重叠出现几种织构时，其方向性将会减弱

　　变形度对再结晶后晶粒大小的影响见下图。变形量很小时，金 属中储存变形能很少，不足以发生再结晶，故退火后晶粒尺寸kaiyun体育全站 Kaiyun登录网页不 变。能够发生再结晶的最小变kaiyun体育全站 Kaiyun登录网页形度通常在2~8%范围内。但此时

　　晶粒特别粗大。此变形度称为临界变形度。 超过临界变形度后，随变形量增加，储存能增加，使再结晶驱 所以再结晶后晶粒细化。 对于有些金属或合金，当变形量相当大时，再结晶晶粒又会重 新粗化。这就是二次再结晶（异常长大）造成的。 临界变形度越小，再结晶后的晶粒越粗大。

　　变的旧晶粒之间的应变能差 • 当各个新晶粒彼此接触，原来变形的旧晶粒全部消失时，再结

　　• 再结晶动力学是研究再结晶过程的速率问题，即建立再 结晶体积分数和形核率、长大速率以及时间之间的关系。

　　这种理论认为在变形基体中早已存在不同取向的晶核 （即回复阶段形成的亚晶），其中只有那些取向有利 的晶核其晶界才能获得最快的迁移速率 • 例如面心立方金属，只有当两个晶粒的位向差为 30°~40°时，其界面移动速率最快而其他取向的晶 核生长速度太慢，在竞争生长中最终被淘汰 • 长大速率大的晶核长成取向接近的再结晶晶粒，即形 成了再结晶织构

　　例如，钢中加入少量的V, Ti, Nb, Zr, Al时，可生成弥散分布的 化合物，其尺寸、间距都很小，都会提高钢的再结晶温度。所 以，含有这些元素的钢一般都有较高的使用温度。

　　再结晶后的晶粒呈等轴状，其大小受多种因素的影响，主要 有变形度、退火温度、退火时间、杂质及合金成分等。 上面讨论的影响再结晶的因素，凡是促进再结晶的都会使再 结晶晶粒尺寸变得更大。下面再对变形度的影响讨论一下。

　　• 由于变形基体中已具有很强的择优取向，再结晶形核 时晶核本身也具有择优取向，这些择优取向的晶核长 大后必然具有择优取向，即形成再结晶织构 • 透射电镜选区衍射的实验结果表明定向生长机制是起主 导作用的 • 再结晶织构是保持原变形织构的情况下，定向形核也是 很可能存在的 • 不过定向形核以后，若要最终形成再结晶织构，定向生 长仍然是不可少的 • 因此有人提出了定向形核和择优生长的综合理论。 • 织构引起金属材料各向异性

　　由于再结晶形核的区域不同，形核方式有：亚晶粒合并形核， 亚晶粒长大形核，凸出形核。

　　相邻两亚晶粒之间的晶界是由位错构成的。在再结晶温度，位 错发生攀移和滑移并入到邻近的晶界中。这样两个亚晶粒就合并 成为一个晶粒了。驱动力来自晶界能，晶界减少，形核自发进行。

　　这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结 晶前多边化形成较小的亚晶，亚晶界曲率不大，不易迁移，但 某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走，使亚晶界消 失，亚晶合并。

　　再结晶刚完成时得到的是细小的、无畸变和内应力的等轴晶 粒。温度继续升高或延长保温时间，晶粒仍可以继续长大，若 是均匀地连续生长，就称为正常长大。

　　晶粒长大的驱动力从整体上看是晶粒长大前后总的界面能差。 即晶粒长大后总界面积减小，总界面能降低，因而晶粒长大是 自发过程。

　　• 一般认为，退火孪晶是由于新晶粒界面在推进过程中由 于某些原因（如热应力等）而出现堆垛层错造成的

　　• 例如由ABCABC……的堆垛顺序变为 ABCABBACBA……就出现了一个共格的孪晶界，并随 后在晶界角处形成退火孪晶，这种退火孪晶通过大角度 晶界的移动而长大

　　• 长大过程中，如果原子在(111)界面上又发生错堆， 由……CBACBBCABC……又恢复到了原来的堆垛顺序， 这样又产生了一个共格孪晶界，在此之间便构成了孪晶 带

　　• 面心立方金属和合金（如铜、黄铜及不锈钢等）经加工 及再结晶退火以后，常常会出现很清晰的孪晶组织，称 为“退火孪晶” • 孪晶中横贯整个晶粒而互相平行的分界面为孪晶面 {111}，它为两边的晶体所共有，这种孪晶界称为“共 格孪晶界” • 孪晶带在晶内终止处的端面属于非共格孪晶界

　　可见，晶界迁移的驱动力p随σ增大而增大，随曲率半径R增 大而减小。因此，弯曲的晶界将向曲率中心迁移。上图中晶粒 B逐渐缩小，直至消失，晶粒A则在长大。

　　• 这一过程体系的自由能变化 ΔG=-ΔGv· ΔVγ· ΔA 导出形核过程自发进行的热力学条件为 ΔGv-γΔA/ΔV 其中γ为晶核单位面积的界面能 • 晶核为球形，则 ΔA/ΔV=2/R（R为球半径） 晶界弓出的能量条件变成 ΔGv-2γ/R 球半径的最小值为Rmin=L，此时晶界弓出的最大阻力为2γ/L • 晶核继续长大时，体系自由能下降，过程自发进行。因此， R=L为再结晶的临界晶核尺寸，晶界弓成半球形之前的一段 时间为再结晶形核的孕育期

　　其他条件相同时，原始晶粒越细，冷变形抗力越大，变形后 储存能越多，再结晶温度越低。 同样变形度，原始晶粒越细，晶界总面积越大，可供再结晶 形核的地方越多，形核率高，再结晶速度快。

　　根据粒子尺寸和间距的大小，可分为二种情况： 1）粒子较粗大，间距较远——促进再结晶 原因：粒子对位错运动、亚晶界迁移的阻碍作用小；另一方 面，加速再结晶形核。 2）粒子细小，间距小——阻碍再结晶 原因：粒子阻碍位错运动和亚晶界迁移，使亚晶粒生长减慢 或停止，就阻碍了再结晶的形核与长大。 14

　　金属的再结晶时一个热激活过程，再结晶速度V再与温度T关系如下： V再=A*exp(-QR/RT)

　　从微观上看，晶粒长大是靠晶界的迁移实现的。然而，此时晶 界两边的晶体已没有能量差别，晶界会向哪边迁移？驱使晶界迁 移的驱动力从何而来？ 假设半径为R的球形B晶粒存在于A晶粒 中： 界面面积为4πR2， 总界面能为：E= 4πR2σ。 半径R变化引起界面能的变化就是作用于 B A

　　实际二维晶粒：较大的晶粒往往 是六边以上，如晶粒I，晶界向内凹 进；较小的晶粒往往小于六边，晶 界向外凸出。

　　加热温度越高，再结晶Kaiyun平台 开云体育官方入口速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。

　　变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。

　　溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界 的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。 例如，纯铜50%再结晶的温度为140º C，加入0.01%Ag后升高到 205º C，若加入0.01%Cd（镉）后升高到305º C。