通过前面的学习我们已经清楚，塑性变形在使金属发生变形的同时还会使金属内部的缺陷（点、线和面缺陷）密度显著增加，系统的储存能升高，使金属处于热力学不稳定状态。回复与再结晶的驱动力正是这一部分升高的储存能。再结晶分为形核与长大两个过程，其中形核过程需要克服较大的能垒，往往在晶格畸变较大以及能量较高的位置形核，晶核的长大同样受到晶格畸变程度的影响。所以，金属形变过后，储存能的大小与分布将显著影响再结晶过程。而储存能的大小与分布取决于金属的微观组织演变，不同的金属塑性变形过程中的微观组织具有不同的特征，这又取决于金属的结构、成分、变形温度和变形方式等。所以只有对材料的形变过程有了充分的认识和理解之后，才能更好地掌握再结晶过程。

研究材料的变形与再结晶的最终目的在于指导实际生产，通过制定合理的形变热处理工艺流程，获得一定的微观组织，从而满足工件的尺寸和性能的需求。在工程上，重点关注材料发生再结晶的温度以及发生再结晶后的晶粒尺寸，这对制定再结晶退火工艺和保证金属的性能非常重要。

1．再结晶温度

再结晶温度是指发生再结晶现象的最低退火温度。金属塑性变形的变形量越大，产生的位错等晶体缺陷越多，组织越不稳定，储存能越高，越容易克服形核能垒，在较低的温度就能发生再结晶。因此，再结晶的温度随着形变量的增加而降低，如图4.17所示。一方面，当形变量较小时，储存能较低，再结晶过程受到热力学因素的控制，不能克服形核能垒，即使金属加热到熔点也不会发生再结晶；另一方面，当再结晶温度随形变量的增加降低到一定值时，再结晶过程主要受到动力学因素的控制，当退火温度低于此温度时，原子扩散困难，尽管进一步增加形变量，金属的储存能进一步增加，仍然难以发生再结晶。一般，当形变量达到70%时，再结晶温度达到最低值并趋于稳定。因此，工程上通常规定经过大变形量（＞70%）后的金属在保温 1 h 内完成再结晶（转变量＞95%）的温度，称为再结晶温度。大量试验证明，纯金属的最低再结晶温度T再与其熔点T熔之间存在以下关系：

图4.17　再结晶温度与形变度的关系(www.daowen.com)

式中，温度值的单位为开尔文（K）。

除了形变量对再结晶温度有影响以外，金属的纯度和第二相粒子也会影响再结晶温度。当金属中含有少量杂质或合金元素（如W、Mo等）时，由于这些元素阻碍基体金属原子的扩散，而使再结晶温度升高。但是，当杂质或者合金元素较多时，继续增加它们的浓度往往不能继续升高再结晶温度，有时反而会降低再结晶温度。第二相粒子对再结晶温度的影响可以分为两种情况：（1）当粒子尺寸较大，间距较大时，促进再结晶，降低再结晶温度；（2）当粒子尺寸较小，间距较小时，抑制再结晶，升高再结晶温度。

2．晶粒尺寸

晶粒尺寸对金属的力学性能有较大的影响。所以，有时候利用塑性变形加再结晶退火的形变热处理工艺，减小金属的平均晶粒尺寸，可提升金属的强度和韧性。再结晶后的晶粒尺寸主要受到形核率、晶核分布以及晶核长大过程的影响。塑性变形的形变量对晶粒尺寸的影响如图4.18所示。当形变量很小时，晶格畸变很小，不足以引起再结晶形核，所以不会发生再结晶，晶粒大小没有变化。当形变量达到 2%～10%时，再结晶可以形核，但由于材料的变形不均匀，形核率低且晶核分布不均匀，如前所述，导致二次再结晶的发生，使晶粒尺寸变大，这个形变量称为“临界变形度”。所以，金属材料一般要避免在临界变形度范围内塑性变形，以免产生粗大的晶粒。当形变量大于临界变形度之后，随着形变量的增加，金属材料的变形越来越趋于均匀，使得再结晶形核率高且分布均匀，因此再结晶后的晶粒尺寸逐渐变小。但当变形量很大时（＞70%），在某些金属中，由于晶粒织构的影响，造成晶粒长大不均匀，也会使一些晶粒异常长大，导致二次再结晶的发生，最终导致晶粒尺寸粗化。所以，工业上冷轧金属薄板时，常用30%～60%的变形度。

除了形变量对再结晶晶粒尺寸有影响以外，加热温度、保温时间、原始晶粒尺寸（形变前的晶粒尺寸）和夹杂物也会影响再结晶后的晶粒尺寸。加热温度越高，保温时间越长，原始晶粒尺寸越大，再结晶晶粒尺寸越大。反之，再结晶晶粒尺寸越小。夹杂物对再结晶晶粒长大有一定的阻碍作用，会减小晶粒尺寸；但当夹杂物分布不均匀时，可能导致二次再结晶的发生，使晶粒粗化。

图4.18　再结晶晶粒尺寸与形变量的关系