一次再结晶

3.2.1　一次再结晶

1.一次再结晶核

如果在原料处理直到制坯过程中，坯体中的晶粒内部产生了塑性格子变形，则在高温煅烧时，会产生在变形晶粒内部的原子再配列。变形晶体内部原子再配列的结果，产生原子位错密度非常小的二次晶粒，并开始向原子位错密度大的区域生长，这个过程，一般称为一次再结晶核的形成及成长。

要形成一个相对稳定的晶核，它的尺度必须大于某一临界尺度(即临界晶核)，从不稳定胚胎生长成稳定的晶核(即大于临界晶核时)需要一定的时间，这段时间一般称为诱导期或潜伏期。

图3.3　界面胀出型成核

图3.3是一种由于结晶粒界面的胀出而生成一次再结晶核的理论示意图。图中区域I为原子位错密度大的区域，和区域I相邻的区域II为原子位错密度小的区域，其间粒界的一部分向区域I胀出，而原子经过界面由区域I向区域II输送再配列，所形成的胀出的那部分，就是已经消除了塑性变形的一次再结晶核。

晶粒内部塑性格子变形意味着母体有能量的增加，这部分能量就是一次再结晶过程的驱动能。假设区域I和区域II每单位体积晶粒格子变形的能量差为ΔE，其间粒界每单位面积的界面能为δ，并设胀出的界面为球形曲面，经证明，当L＞2δ/ΔE时，便开始了这种胀出型一次再结晶核的继续生长。

还有一种理论认为，二次晶粒是可以转动的，二次晶粒的转动一般是由于自由能的下降，二次晶粒转动及合体(合二为一)的过程如图3.4所示。

图3.4　二次晶粒转动体

在图3.4中，(a)为在最初存在两个邻接的二次晶粒，(b)为其中右边的二次晶粒，只是稍微转动了一个小小的角度，两个邻接的二次晶粒的方位就一致了。(c)为两个二次晶粒已经合体(合二为一)，作为这一过程的继续，两个二次晶粒间的粒界CH和其近旁的粒界发生转动、位移，构成新的合体粒界。或如图(b)所示的空白和斜线两部分区域，原子从斜线部分向空白部分输送再配列。与此同时，随着粒界渐渐扩展，最后形成如图(d)所示的合体二次晶粒。二次晶粒转动合体的过程，可以认为是一次再结晶核的形成并成长的过程。

2.多结晶体中的一次再结晶

在多结晶体中进行一次再结晶时，作为一次再结晶核有可能生成于晶粒内部、结晶粒界面、结晶粒的棱和结晶粒的角顶四个部位。在各种不同的情况下，由于再结晶过程不同，在多结晶体中，究竟哪个部位优先成核，因再结晶过程而异。而且在实际上，多结晶体中优先成核的数目受到多结晶体中产生塑性格子变形的晶粒数量的限制，所以每单位体积单位时间内生成的再结晶核的数目是个有限值。

晶粒生长时，结晶构造单位的输运是经过界面的跃迁，这个物质输运过程和一次再结晶核的形成时物质输运过程相同。

随着温度的继续升高，一次再结晶粒生长速度，较一次再结晶成核速度为大，显然温度的升高，有利于一次再结晶粒的长大和一次再结晶过程的完成。

一次再结晶作用的完成，意味着坯体内格子变形晶粒的消除和无应变晶粒的产生，对坯体继续升温，则进入了“正常结晶粒成长”的阶段。