既然再结晶是形核-长大过程，而相变也有此过程，于是人们就按照相变形核的经典热力学理论判断晶核在何处容易形成，并计算出临近晶核半径。由于变形材料有畸变严重的高能区，如滑移带和晶界，因此再结晶晶核应首先在这些地方发生非均匀形核。但科学家们研究后发现，按照相变热力学计算的临界再结晶晶核半径较大，仅仅依靠热激活不足以形成大小的无畸变区。更重要的是，人们在实验中没有观察到再结晶有像相变那样的形核过程。

后来在实验的基础上，人们认为再结晶晶核是在靠近畸变最严重的无畸变或低畸变区形成的。其方式主要有以下几种。

1.晶界弓出形核

图10.19　再结晶弓出形核示意图（引自潘金生，2011）

多晶材料在变形时，形变组织不均匀，各晶粒的位错密度不同。如图10.19所示，两相邻晶粒Ⅰ和Ⅱ，设晶粒Ⅰ的位错密度低于晶粒Ⅱ且它们之间有大角度晶界AB（即晶粒Ⅰ和Ⅱ有较大的晶粒取向差）。

由于晶粒Ⅱ的位错密度大，其储存能高于晶粒Ⅰ。按照能量最低原理，晶粒Ⅰ、Ⅱ组成的系统，其能量有降低趋势。因此，在一定的温度下，大角度晶界AB上的某一段CD会突然向晶粒Ⅱ一侧弓形凸出。被弓形晶界CED掠过的面积中，位错密度下降，储存能得到释放，系统能量也下降。弓形晶界CED的曲率半径为r。储存能引起的驱动力ΔG1使晶界CED向晶粒Ⅱ扩展。CED扩展的同时，其面积增加导致界面能增加，故CED曲率引起的驱动力ΔG2=2γ/r使其背离晶粒Ⅱ向曲率中心移动。当CED的曲率半径为r很小时，曲率引起的驱动力ΔG2很大。此时已弓出的CED晶界不稳定而向晶粒Ⅰ回迁，即再结晶晶核不能稳定存在。只有当储存能引起的驱动力ΔG1＞ΔG2时，CED晶界才能稳定存在，并产生再结晶过程。当以上两个驱动力达成平衡时，CED处于临界状态。根据临界状态，人们计算了再结晶临界晶核半径r*k=2γ/ΔG1（严格地说，ΔG1为冷变形晶粒中单位体积的储存能）。

晶界弓出形核一般发生在形变较小的金属中，发生凸出的晶界均是迁移率较大的大角度晶界。而形变较大的金属，其再结晶晶核的形成往往与亚晶合并和迁移有关。

2.亚晶合并、亚晶生长形核

我们在回复一节已经知道变形材料在回复时，位错会重排并产生亚晶界或多边形化。多边形化的亚晶粒很小、亚晶界的曲率半径大而不易迁移。但某些亚晶界处的位错可通过攀移、交滑移而迁出，这导致亚晶界的缩短甚至消失。如图10.20（a）所示，亚晶粒A、B间的亚晶界消失后，亚晶粒A、B合并为亚晶AB，还可进一步合并成亚晶ABC。合并后的较大亚晶与周围较小亚晶的取向差增大，并逐渐形成大角度晶界。当合并的亚晶达到临界尺寸时，再结晶形核的核心就产生了。这种形核主要发生在变形较大或层错能较高的材料中。(www.daowen.com)

若材料变形大，位错密度高等原因导致亚晶界的曲率半径小，则晶界容易移动。亚晶界在移动过程中，清除并吸收掠过区域亚晶粒中的位错，进而导致移动中的亚晶界有更多的位错，这也使得相邻亚晶粒的取向差增大，并逐渐发展成大角度晶界。当这种大角度晶界包围的晶粒达到临界值时，同样也成为再结晶形核的核心，如图10.20（b）所示。

图10.20　（a）亚晶合并形核示意图；（b）亚晶长大形核示意图（引自徐祖耀，1986）

亚晶合并和亚晶生长形成再结晶核心是在提出多年后才被实验证实的。1941年，物理冶金学家Wilhelm Gerard Burgers（1897—1988年）在位错概念的基础上，提出了两种再结晶萌生机制：①再结晶在高度变形的过渡区真正形核；②与周围的应变“块”相比，预先存在于变形组织中且应变能较低的“块”，可在其周围组织应变储存能释放的驱动下，于退火过程中长大。但由于当时位错还未被实验证实及实验条件所限，W.G.Burgers也无法确定究竟上述哪种机制导致了再结晶的发生。直到1956年，科学家们才第一次通过透射电镜观察到了位错。随后，其他实验和表征手段才逐步确定上述第二种说法，即位错胞或亚晶粒是再结晶的起源。

与相变的形核速率相类似，再结晶也有形核速率。再结晶形核速率是指单位时间内，单位体积中产生的再结晶晶核数目，我们仍以Iv表示。

3.影响再结晶形核速率的主要因素

（1）变形程度。材料的变形程度大，位错密度也大，储存能ΔG1升高。由再结晶临界晶核半径=2γ/ΔG1知，晶核临界半径减小，故单位体积中的核心数目增多，即Iv增大。

（2）材料的纯度。纯度低，则杂质原子多。杂质原子一方面阻碍变形、增大储存能而增加形核率；另一方面，杂质在晶界处的偏聚会阻碍界面移动、钉扎位错而阻碍位错攀移和亚晶粒长大，这导致Iv的下降。

（3）晶粒大小。晶粒细小，则晶界多。在相同变形量的情况下，位错塞积严重、畸变区多、储存能大；而且，晶界多，晶界面积大，形核区域也多，故晶粒细小，再结晶形核速率大。

（4）温度。温度高，则位错易攀移、亚晶界容易移动，故亚晶容易合并达到临界半径，即形核速率Iv大。