再结晶与二次再结晶形成机理

再结晶与二次再结晶形成机理

在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代变形组织，性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称为再结晶。再结晶的驱动力是冷变形产生的储存能。

一、再结晶晶核的形成与长大

a、亚晶移动形核。靠某局部位错密度高的亚晶界移动，吞并相邻变形基体和亚晶而成长为晶核。

b、亚晶合并形核。相邻亚晶粒某边界上位错攀移和滑移到周围晶界或亚晶界，使原亚晶界消失，经原子扩散和调整，导致两个或更多亚晶粒取向一致，合并成大晶粒，构成大角度晶界，所包围的无畸变晶体成为晶核。

二、再结晶影响因素

1、变形程度

冷变形程度增加，储存能增加，再结晶的驱动力增加，再结晶温度降低。当变形增加到一定值后，再结晶温度趋于一稳定值。

2、金属的纯度

金属的纯度越高，再结晶温度越低。金属中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点元素，会阻碍原子的扩散、位错运动或晶界迁移，因此能显著提高金属的再结晶温度。

3、原始晶粒尺寸

原始晶粒越小，再结晶温度越低。由于细晶粒金属的变形抗力较大，冷变形后的金属储存能较高。

4、加热时间和加热速度

加热保温时间越长，原子扩散移动越充分，越有利于再结晶晶粒的形核和生长，使再结晶温度降低。

因再结晶过程需要一定的时间来完成，所以加热速度越大，会使再结晶温度降低；若加热速度太小，变形金属在再结晶之前产生回复，使储存能降低，再结晶驱动力减小，也会使再结晶温度增大。

三、再结晶晶粒大小的控制

再结晶后，金属性能发生重大变化，但并不意味与变形前的金属完全相同。金属性能主要决定于再结晶晶粒大小→G/N（G：晶粒长大速度，N：形核率，下同)。

1、变形程度

当变形量大于临界变形量后，晶粒逐渐细化，变形量越大，晶粒越细小。随变形量的增加，储存能增加，N和G都增加，但N的增加大于G的增加。

2、原始晶粒尺寸

金属的原始晶粒尺寸越细，晶界面积增大，再结晶的形核率增加，再结晶后的晶粒尺寸变小。

3、杂质与合金元素

金属中的杂质与合金元素一方面增加变形金属的储存能，另一方面障碍晶界的移动，起到细化晶粒的作用。

4、变形温度

变形温度大，回复程度就大，变形金属的储存能降低，再结晶晶粒升高。5、退火温度

退火温度越高，再结晶晶粒尺寸越大。

四、二次再结晶

再结晶后出现的少数较大晶粒优先快速成长，逐步吞噬周围大量小晶粒，最后形成非常粗大组织称为二次再结晶。

1、二次再结晶形成条件

塑变量大，再结晶温度高，没有正常长大时（绝大多数晶粒长大困难，少数晶粒优先长大）。

2、二次再结晶形成原因

（1）一次再结晶后出现织构

金属经大量塑变，产生了强烈织构，一次再结晶后组织中保持，发展了织构。织构取向规则化，大多数相邻晶粒位向差小，界面能减小，晶界移动驱动力减小。少数晶粒不符合织构位向，晶界迁移驱动力大，易长大。

（2）第二项粒子不均匀分布

当第二项粒子大小、分布发生变化时，阻碍作用不同。少数尺寸小的颗粒容

易溶解，失去阻碍作用，则靠近这种颗粒的晶粒迅速长大。而一旦部分晶粒可以优先长大，与周围的晶粒在尺寸上、位向上和曲率上的差别会随时间的延长而逐渐增大，长大速度越来越大，直到长大一定尺寸后，每个大晶粒周围有许多小晶粒为邻，在界面上晶界的边数大于6边。此时大晶粒迅速吞食周围小晶粒，直到大晶粒彼此靠拢，得到非常粗大的组织。

（3）夹杂物影响

由于夹杂物的影响，紧邻夹杂物的晶粒再结晶时受到阻碍作用，晶粒长大较缓慢，储存能释放有限，但其他部分再结晶正常进行。当退火温度继续升高或退火时间延长时，之前受夹杂物影响没来得及长大的晶粒此时会冲破夹杂的束缚，得到长大的机会，由于此时是少数晶粒的长大，因此它会以吞噬周围小晶粒的形式进行晶界的迁移，最后得到体积很大的晶粒。

五、二次再结晶与一次再结晶的区别

（1）一次再结晶是形核与长大的过程，二次再结晶不靠形核，而是一些特殊晶粒的长大。

（2）一次再结晶的驱动力是储存能的降低，二次再结晶的驱动力是界面能的降低。

（3）只有在正常长大受阻时，才会发生二次再结晶。

（4）二次再结晶使强度、硬度降低，塑性下降。