作为多晶材料显微组织的基本结构单元,三叉结(即三叉晶界,以下同)不仅会影响晶界的迁移和晶粒的长大,对材料组织结构的演变具有重要作用,它也是金属材料形变再结晶相关组织设计和性能调控研究中重点关注的因素。本文利用电子背散射衍射(EBSD)技术离线原位研究了面心立方结构高纯铝和高纯镍三叉结的变形行为(变形量为5%-35%的中小变形)及其退火行为,结合微观塑性变形理论和金属材料形变再结晶理论及透射电子显微镜(TEM)对变形高纯铜三叉结位错结构的观察和分析,研究了面心立方金属三叉结的变形机制和退火机理,为此类金属显微组织设计和性能调控提供了重要依据。经不同厚度压下量冷轧变形的高纯铝和高纯镍,其三叉结及晶界附近的应变比晶粒内部大,三叉结处点对原点的取向差与晶粒的取向有关,表现为软取向晶粒的取向差大,硬取向晶粒的取向差小,表明三叉结处软取向晶粒应变大,硬取向晶粒应变小。在高纯铝中,冷轧变形量为15%时,滑移线能通过小角度晶界,不能通过大角度晶界,此行为在三叉结附近保持不变;当轧制变形量大于17%时,在晶界附近产生晶界影响区,此行为在三叉结附近更明显。冷轧变形的高纯铝,其三叉结和晶界均在退火过程中发生迁移,并在原来位置留下鬼线。在退火过程中,一般大角度晶界迁移较快,小角度晶界迁移较慢,而三叉结迁移则更慢,表明三叉结对晶界的迁移有明显的拖曳或钉扎作用。晶界的迁移是由施密特因子小的晶粒向施密特因子大的晶粒迁移,即由硬取向晶粒向软取向晶粒迁移,迁移后,晶界变得更弯曲,且晶界的迁移距离明显比三叉结的迁移距离大。在进一步退火过程中,晶界与三叉结亦进一步迁移,且变形量为10%的样品,其晶界和三叉结在退火过程中有最大迁移量,而变形量大于17%的样品,其晶界和三叉结在退火过程中均迁移到晶内滑移带终止的地方,即晶界影响区。轧制变形高纯铝和高纯镍,在退火过程中均在三叉结处形成与基体呈孪晶关系的晶核,其关联界面为非共格Σ3晶界,高纯铝的形核率比高纯镍的低。在高纯铝中,再结晶晶核是通过大角度晶界从硬取向晶粒向两个软取向晶粒迁移在三叉结处形成的;而在高纯镍中,再结晶晶核是在至少包含两条一般大角度晶界的三叉结处原位形成。在进一步退火过程中,高纯铝和高纯镍三叉结处的再结晶晶核大部分被其它快速长大的晶粒所吞并。那些快速长大的晶粒均是初始组织中的原有晶粒,他们通过形变诱发晶界迁移的方式快速长大。在高纯镍中,原有晶粒的形变诱发晶界迁移可激发出大量Σ3n(n=1,2,3)等特殊晶界,而在高纯铝中,没有发生此类现象。分析认为,退火初期,中小变形高纯铝和高纯镍三叉结处生成与基体呈Σ3界面关系的再结晶晶核只是起到了释放该处应变集中的作用。利用TEM对中小变形高纯铜三叉结处的位错结构进行了观察和分析,研究了位错结构、轧制变形量和三叉结处晶粒取向三者之间的关系。结果表明:三叉结处位错密度随着变形量的增大而增加;变形量较小时,位错成线性分布,变形量较大时,位错缠结咸网状分布;在相同变形量条件下,三叉结处软取向晶粒内部的位错密度明显高于硬取向晶粒内部的位错密度;三叉结处的位错均为(1/2)<0 1 1>全位错。进一步结合微观塑性变形理论和金属材料形变再结晶理论进行分析后认为,不管是高层错能的高纯铝,还是中低层错能的高纯镍(或高纯铜),在中小变形过程中,其三叉结处均以开动(1/2)<0 1 1>全位错的方式发生塑性变形,并且,由于变形时的应力连续分布和晶界对位错滑移的阻碍作用,导致了三叉结处软、硬晶粒的应变差异;在变形后的退火过程中,三叉结处的晶界自然由形变储能较小的硬取向晶粒向形变储能较大的软取向晶粒一侧迁移;迁移的晶界与(1/2)<0 1 1>全位错交互作用导致原子面重排,并生成与硬取向晶粒呈Σ3取向差关系的再结晶晶核;再结晶晶核的生成释放了三叉结处的应变集中,再加之晶核与基体晶粒之间的Σ3晶界动性较低,这些晶核均被其它动性较高的快速迁移的晶界所扫除(或被其它快速长大的晶粒所吞并)。