[科普中国]-二次再结晶

介绍

二次再结晶又称二次重结晶，异常晶粒长大(abnormal grain growth)，不连续晶粒长大(discontinuous grain growth)。指大晶粒通过消耗基本上不再长大的均匀细晶粒基质而过分长大的过程。在烧结末期，当某一晶粒的边界数大于相邻各晶粒的边界数时，这些晶界的曲率增大，晶界迁移的推动力相应增大，该晶粒的长大要比周围小晶粒快，因此小晶粒被吞没而大晶粒迅速长大，其晶界能越过气孔并将其包入内部，这些被包入的气孔不仅不易排除，而且其气压会随着气孔缩小而增大，当气压增大到与界面张力平衡时，会影响烧结过程的正常进行，导致致密度降低。

一般生产中要求把二次再结晶限制在最小的程度。这可通过控制原料制备及成型工艺，使坯料颗粒大小和组分均匀、生坯密度一致;控制烧成制度，避免烧成温度过高、保温时间过长来实现。工艺上还常用外加晶粒长大抑制剂阻碍晶界的迁移，以获得均匀的细晶基质。

产生条件其发生的基本条件是正常晶粒长大过程被分散相粒子、织构或表面热蚀沟等所强烈阻碍，当一次再结晶组织被继续加热时，上述阻碍因素一旦被消除，少数特殊晶界将迅速迁移，导致少数晶粒变大，而大晶粒界面通常是凹向内侧的，并且晶界曲率大，因此在晶界过剩表面能的驱动下，大晶粒将继续长大，直至相互接触形成二次再结晶组织。二次再结晶为非形核过程，不产生新晶核，而是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大的。

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。

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 。2

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。