热处理工艺(4)

§10.1 热变形与A的再结晶行为
八、A热形变诱发析出第二相
钢中的碳化物、氮化物或其它中间相如在 A中有一定的溶解度，则在A中能发生溶解 与析出反应。 A的热变形，使位错密度增加或形成亚晶、 亚晶界，成为第二相析出的有利位置，并能 加速合金元素的扩散，因此热变形能诱发并 加速第二相的析出。 动态析出：在热变形过程中析出第二相； 静态析出：热变形停止后析出第二相。
热处理原理、工艺及设备
Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment
第二部分
热处理工艺（4）
Technology for Heat Treatment
§10 钢的形变热处理
形变热处理：将形变与相变结合在一起的一
种热处理工艺，它起到形变强化与相变强化 的综合作用，是一种既可以提高强度，又可 以改善塑性和韧性的最有效的工艺。 冶金工厂生产的钢材中提供用户直接使用 而不需要再机械加工的板、管、丝、带、棒 材、小型异形材以及机械厂生产的简单形状 的产品，都可以采用形变热处理。
三、形变未再结晶A对P、B转变的作用 变形对P转变的影响大致与变形对F的影响 有相同的规律 变形使P转变加速，使钢的淬透性变坏；
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
变形温度越低，
变形使P转变温度 提高越多;
变形对Ar1的影响
大于对Ar3的影响， 因而变形使（A＋ F）区缩小。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
2、形变未再结晶A对变温M转变的作用 可能提高，也可能降低Ms温度，但都阻止 以后冷却时的M转变，减少最终M形成的数 量。原因：M的形核和长大是以共格切变方 式进行的，形变A中的位错亚结构及多边形 化的结构状态，增加了母相切变的阻力，亦 增加M长大的阻力，延缓M转变，减少M转 变数量。 在形变A中，如果伴随形变诱发碳化物析出， 使A中固溶碳含量减少，则冷却后的M数量会 增多。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
→
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
二、形变未再结晶A对F转变的作用 形变未再结晶A，缩短γ→F转变孕育期，加 速转变过程。 F转变速度和 → 转变后的晶粒 尺寸，决定于 形核率和长大 速度。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
形变未再结晶A组织中晶体缺陷密度增高有利 于增加形核率。
由于形变，A晶粒形状发生变化，晶粒被压扁拉长, 单位体积中的晶界面积增大，增多了F形核位置； 晶界处塞积大量位错，为γ→F形核提供了有利的热 力学条件，增大单位晶界面积上的形核率； 晶内形成的形变带也塞积大量位错，增多了γ→F形 核位置，增大形核率。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
§10.1 热变形与A的再结晶行为
第二阶段（εD<ε) ：发生动态再结晶（金
属变形过程中，随变形量的增加，金属内部 发生的一种再结晶行为），材料的变形抗力 很快下降，直到一轮动态再结晶结束，软化 与加工硬化达到平衡，变形抗力不再下降。
动态再结晶临界变形量εD：发生动态再结晶所必
需的最低变形量，大小与钢的奥氏体成分和变 形条件（变形温度和速度）有关。 εD≈0.83εp （ εp－峰值应力因变量）
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
五、形变热处理工艺分类 1、相变前进行形变
低温形变热处理：将钢加热到Ac3以上，急冷到P与 B形成温度范围之间，对过冷A进行一定量的形变， 然后冷却，得到M组织，再回火的热处理工艺. 高温形变热处理：将钢加热到Ac3以上，在Ar3以上 或在Ar3~Ar1之间进行形变，然后淬火回火的热处理 工艺，又称为高温形变淬火。 高温形变正火：在Ar3以上或在Ar3~Ar1之间进行形 变，然后空冷或控制冷却，以得到铁素体P或B组织 的热处理工艺，又称为“控制轧制”。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
3、形变未再结晶A对转变M组织结构的作用 形变后A中所产生的位错及亚晶界都能为M 组织所承袭，从而提高M中的位错密度； 热形变未再结晶A使所转变的板条M束的尺 寸，比正常淬火的M束尺寸要小得多； 形变未再结晶的A可以促进M形核，阻止其 长大，因此，能细化所转变的孪晶M尺寸; 形变未再结晶的A，改变所转变的M类型， 减少孪晶M数量，增多板条M所占比例。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
一、形变未再结晶A对相变动力学曲线的作用 对TTT曲线的作用为：降低过冷A的稳定性， 加速扩散型相变的进行过程，使γ→α相变点 Ar3温度提高。因此，使过冷A开始转变的曲 线向左上方移动；降低B转变温度Bs，使B转 变区向左移，并缩小B形成区；降低M转变温 度Ms。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
§10.1 热变形与A的再结晶行为
软化百分数x
x = (σ1- σy')/(σ1- σy) σ1－达到变形量ε1时的应力， σy－屈服强 度， σy'－变形后恒温保持τ时间后再塑性 变形的应力 X=1，σy'＝σy ，消除全部加工硬化； X=0，σy'＝ σ1 ，没有任何软化； 0<X<1，发生不同程度的软化。
§10 钢的形变热处理
形变热处理中形变的方式：锻、轧、挤压、
拉拔等； 形变热处理中的相变类型：铁素体珠光体型 相变、贝氏体类型相变、马氏体类型相变及 时效沉淀硬化类型相变； 形变热处理中形变与相变的相互关系：先形 变后相变、在相变的过程中进行形变、相变 完成以后再进行形变、几种形式的综合； 可供形变热处理的金属材料：碳钢、低合金 钢、高合金钢、高温合金以及有色金属合金 等。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
温度补偿变形速率因子Z . n
Z＝εexp(Q/RT)=Aσ n－应力指数，Q－变形激活能 . T越低，ε越大时，Z值越大，即σp、 σs大， 则εD和εs（动态再结晶完成时的变形量）也 越大；也就是说，需要较大的变形量才能发 生动态再结晶。 动态再结晶和加工硬化同时存在，但动态 再结晶不能完全消除晶格硬化，故材料的变 形抗力仍高于退火态。
d－晶粒尺寸，K－常数，G－长大速度，N－形核率
形核率：单位时间内形成的晶核数除以未 再结晶的金属体积。 N随ε的增加而增加
§10.1 热变形与A的再结晶行为
2、各因素对A平均晶粒 尺寸的影响 变形量ε的影响
在T一定时，ε增加使晶 粒尺寸减小。 ε增加使A再结晶数量 增加； ε增加使G/N降低。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
预应变对软化行为的影响
ε1<<εs（静态再结晶临界变形
量－产生静态再结晶的最小 变形量）时，发生静态回复， 保留加工硬化结构； εs<ε1< εD ，静态回复＋静态再 结晶； εD<ε1<εs 1，静态回复＋亚动 态再结晶＋静态再结晶； ε1>εs 1 ，静态回复＋亚动态再 结晶
§10.1 热变形与A的再结晶行为
§10.1 热变形与A的再结晶行为
四、静态再结晶的临界变形量
静态再结晶的临界变形量(εs)：在一定温度和一定 速率下热变形后，金属能发生静态再结晶的最小变 形量。 1、T、D0和微合金因素的影响 T下降，εs 急剧增大； D0越大，εs 越大； Nb等微合金因素使εs 增大。 2、变形后停留时间 变形后停留时间长，则所需εs 小。
但是，也有变形
使P转变温度下降 的例子，图3-12 中转变结束的温 度曲线向右下方 移动，表明变形 使B转变结束阶段 变慢。 变形对B转变影响 复杂。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
变形对B转变影响复杂的原因
B转变是以扩散型与共格型A→F转变的混合 结构发展的，受两种因素制约：
变形使A缺陷密度增加，促进Fe原子自扩散，使
§10.1 热变形与A的再结晶行为
形变加速第 二相的析出， 同时也细化 析出的第二 相。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
奥氏体经过热变形后，如果未发生再结晶， 则晶粒形状发生了变化，晶内产生形变带及 亚晶。晶内产生的大量晶体缺陷，集中在晶 界形变带及亚晶附件，同时还可能有形变诱 发第二相析出。这种A状态将对以后冷却时 的形变过程及相变产物都产生重要影响。
B转变加速； 高温A所造成的多边形化亚结构将A分割成很细 小的共格区，在相当程度上破坏晶格取向的延续 性，使B转变中F相的共格成长受到阻碍，从而 将转变过程减慢。高温变形使B转变减慢，主要 是因为这种因素。
§10.2 热变形A对冷却相变的影响
四、形变未再结晶A对M转变的作用 1、形变未再结晶A对等温M转变的作用 降低等温M转变温度； 减少等温M数量。 等温M转变是以松弛M晶体与A相界面上 的应力为条件的，而形变后的A冷加工硬化 程度增高，应力松弛困难，从而阻止等温 M转变。 形变量越大，作用越大。
原始晶粒大小的影响
原始晶粒越细，储存能越多，G/N减小， 再结晶后晶粒越细，但影响力逐渐变小。 微合金元素的影响 微合金元素以化合物形式析出，使G/N减 小，细化晶粒；但由于微合金元素有很强 的抑制A再结晶的作用，因而和不含微合 金元素的钢相比，在同样的变形条件下， 再结晶数量减少，使奥氏体平均晶粒尺寸 增大。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
五、静态再结晶速度



再结晶速度用再结晶百分数与时间的关系曲线表 示，其影响因素如下： A内部存在的储存能的大小 . 增大ε和ε，可增加储存能，提高再结晶速度 热加工后停留温度的高低 停留温度越高，再结晶速度越大 A成分 微量元素强烈阻止再结晶的发生 第二相质点大小 第二相质点越小，再结晶速度越大
金属发生塑性变形，位错密度不断增加，发生加
工硬化； 高温变形，位错发生交滑移和攀移，部分位错消 失，部分重新排列，即发生动态回复和动态多边 形化，造成材料软化； 位错增殖速度与变形量无关，而位错消失速度则 与位错密度成正比，变形量增加，位错密度增加， 则位错消失速度增加，材料软化速度加大，故加 工硬化速度减弱。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
第三阶段
应力达到稳定值，不随变形量的增加而
变化，这时发生连续动态再结晶 εD < εr εr－由动态再结晶核心形成到全部完成 一轮再结晶所需要的变形量。 应力随变形量的增加而呈波浪形变化， 这时发生间断动态再结晶 εD >εr
§10.1 热变形与A的再结晶行为
§10.1 热变形与A的再结晶行为
二、热变形间隙时间内A再结晶行为
热加工过程中的任何阶段均不能完全消除 奥氏体的加工硬化，造成了组织结构的不稳 定，这些组织结构在热加工间隙会发生变形 来消除加工硬化的影响，使之达到稳定状态， 即发生静态回复和静态再结晶。 静态再结晶：非热加工过程中发生的再结晶为
一、热变形过程中的A再结晶行为
冷变形：位错密度增
大，不断加工硬化。 热变形：加工硬化和 回复、再结晶同时进 行，根据它们的平衡 状况来决定材料的变 形应力，也就是决定 真应力－真应变曲线。
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
§10.1 热变形与A的再结晶行为
第一阶段（ε<εD
)：当塑性变形较小时， 随着变形量的增加，变形抗力增加，直到最 大值。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
§10.1 热变形与A的再结晶行为
三、动态再结晶的组织特点
平均晶粒尺寸D只由加工条件 . . Z (T,ε)来决定
Z=AD-m D与原始晶粒尺寸D0无关;
D晶粒细化的唯一条件是提高Z值，但Z<Zc; 提高
. ε和细化D0，可以提高Zc，这时提高Z可以细化晶粒 动态再结晶组织存在加工硬化，相同晶粒尺寸条件 下，动态再结晶组织比静态再结晶组织强度更高， 韧性更好。
§10.1 热变形与A的再结晶行为
§10.1 热变形与A的再结晶行为
六、静态再结晶的数量
再结晶数量用再结晶百分 数表示，影响因素如下: 变形温度T 增高T，再结晶数量增大 变形后停留时间t 延长t，再结晶数量增加 变形量ε 增大ε，再结晶数量增加
§10.1 热变形与A的再结晶行为
七、静态再结晶晶粒的大小 1、各因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 d=K(G/N)1/4
变形温度T的影响 完全再结晶区，减小 部分再结晶区，增加
§10.1 热变形与A的再结晶行为
变形速度影响
变形速度一般变化 不大，对晶粒尺寸 影响不大
变形后停留时间
t
的影响
完全再结晶区轧
制, t↑,增大 部分再结晶区轧 制, t↑,减小 （以20%分界）
§10.1 热变形与A的再结晶行为