CH5.4 热变形和动态回复再结晶(12级).ppt

5.4 热变形和动态回复再结晶 压力加工是利用塑性变形的方法使金属成形并改性的工艺方法。由于在常温下进行塑性变形会引起金属的加工硬化，即出现变形抗力增大、塑性下降，这使得对某些尺寸较大或塑性低的金属在常温下难以进行塑性变形。生产上通常采用在加热条件下进行塑性变形。 热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。工业生产个，高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。 从金属学的角度，将再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工，发生硬化、回复、再结晶。而将再结晶温度以下进行的压力加工称为冷加工，发生加工硬化。 例如钨的再结晶温度约为1200℃，因此，即使在1000℃进行变形加工也属于冷加工。 热加工温度：T再T热加工T固－100～200℃ 热加工过程中的动态再结晶示意图 热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按其特征不同，可分为下述五种形式： (1) 动态回复：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的回复的现象。 (2) 动态再结晶：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象。 (1)、(2)是在温度和负荷联合作用下发生的。 (3) 亚动态再结晶 (4) 静态再结晶 (5) 静态回复 (3)、(4)、(5)是在变形停止之后，即在无负荷作用下发生的。 5.4.1 动态回复和动态再结晶 在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和静态再结晶。若提高金属变形的温度，使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复(dynamic recovery)和动态再结晶(dynamic recrystallization)。 这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。 一、动态回复 外在表现：流变应力不随应变而变的稳态流变过程。 原因：热加工时，形变使位错增殖和积累造成的硬化被通过热激活使位错对消、胞壁锋锐化形成亚晶及亚晶合并等软化抵消。 1.动态回复时的真实应力-真实应变曲线，分为三段 第Ⅰ阶段-微应变阶段:应力增加很快，但应变量不大(小于1%)，加工硬化开始出现。 第Ⅲ阶段—稳态流变阶段:在达到第三阶段后，即可实现持续形变。表现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化达到动态平衡，流变应力不再随应变的增加而增大，曲线保持水平状态。达到稳态 2.动态回复机制 在第一阶段，金属中的位错密度可由1010~1011m-2增至1011~1012m-2。 位错密度在第二阶段继续增大，但因动态回复的出现，位错消失率也增大。 第三阶段可达1014~1015m-2，和冷形变时相同，随着位错密度的增大，金属中形成位错缠结和位错胞。位错密度的增大导致了回复过程的发生，位错消失的速率随应变的增大不断增大，最后终于使位错增殖与位错消失达到平衡，位错密度维持在1014~1015m-2，不再发生加工硬化的稳态流变阶段。在这个阶段，位错构成亚晶界，形成亚晶粒。亚晶粒却始终保持等轴状。 和冷形变时相同，随着位错密度的增大，金属中形成位错缠结和位错胞。位错密度的增大导致了回复过程的发生，位错消失的速率随应变的增大不断增大，最后终于使位错增殖与位错消失达到平衡，不再发生加工硬化的稳态流变阶段。 动态回复机制是位错的攀移和交滑移，攀移在动态回复中起主要的作用。层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素。动态回复易在层错能高的金属，如铝及铝合金中发生。 3.动态回复时的组织变化 动态回复过程随变形的进行金属中的晶粒延伸成纤维状，而通过多边化或位错胞规整化形成大量的亚晶粒组织始终保持等轴状，即使形变量很大也是如此。这被解释为动态回复过程中亚晶界的迁移和多边化的结果。 亚晶的尺寸及相互间位向差取决于金属类型、形变温度和应变速率。 亚晶平均直径d与T、ε的关系如下： 1/d = a + blog[εexp(Q/RT)] a、b为常数 动态回复所获得的亚稳组织可通过热变形后的迅速冷却而保留下来，其强度远远高于再结晶组织的强度。但若从高温缓冷下来，则将发生静态再结晶。 对于给定金属材料，动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形变速率的影响：形变温度越