DT14锻造半钢的高温热变形方程及热加工图 孙睿璇

DT14锻造半钢的高温热变形方程及热加工图孙睿璇
摘要: 采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了DT14锻造半钢材料在应变速率为0. 001～5 S-1，变形温度取为750℃～1200℃条件下的热变形行为。

得到材料的热变形激活能Q为342.8 KJ/mol，确定了表征热变形峰值应力与温度和应变关系的
DT14钢的热变形方程。

建立了不同应变下的热加工图，随着应变量的增加，高温部分流变失稳区的面积逐渐减小，而低温部分失稳区的面积稍有增加。

当变形温
度为 1050℃、应变速率为0.001 S-1时，能量消耗效率达到峰值，约为37%。

关键词: 锻造半钢；激活能；热变形方程；热加工图
半钢材料同时具有钢系和铁系材料的性能优点，即具有强韧性和耐磨性配合
良好及断面硬度均匀的优点，是热连轧精轧前段工作辊和轨梁型钢轧辊的理想选择，广泛应用于冶金系统轧钢行业[1-2]。

本文以DT14材料为研究对象，在Gleeble-3500 热模拟试验机上进行单道次压缩变形试验，分析该钢种高温热变形
行为，得到DT14钢的热变形方程，建立了材料不同应变下的热加工图。

1实验材料及方法
1.1实验材料
实验材料为我公司为轧辊开发的DT14锻造半钢材质。

化学成分如表1所示。

表1 DT14钢的化学成分 (wt%)
Table 1 The chemical compositions of 5%Cr forged steel
1.2实验方法
在Gleeble-3500热模拟实验机上进行热变形实，采用Φ10mm×15mm。

试验
过程中，试样在Gleeble-3500热模拟实验机上以恒应变速率进行等温热压缩变形，应变速率分别取0.001S-1、0.01 S-1、0.1 S-1、1 S-1、5S-1，试样变形量为60%，
变形温度取在750℃～1200℃范围，其中1000℃以下试样以10℃/S的加热速度
升温至1000℃，保温3分钟，再以5℃/S的速度分别冷却至其变形温度，保温
30s以使试样的温度分布均匀，再进行压缩；1000℃及其以上试样，以10℃/S的
速度分别加热至变形温度，保温3分钟后进行热压缩。

2实验结果与分析
2.1 热变形方程
金属材料的高温流变应力既与材料化学成分有关，又与变形温度T、应变速
率及应变量ε有关。

在材料的组成不变时，流变应力σ与变形条件之间有如下关
系[3-4]：
根据热变形过程中合金的能量消耗效率与变形温度及应变速率的关系变化，可建立其不
同应变量下的功率耗散图。

计算出各变形温度和应变速率对应的ξ() 值，即可构成流变失稳图，在流变失稳图上ξ()值为负的区域称为流变失稳区域。

将功率耗散图和流变失稳图叠加在一起
就构成了通常意义上的热加工图。

下图给出了DT14锻造半钢在真应变为0. 3和0. 7时的热
加工图，图中的数字表示能量耗散率η值，阴影部分表示失稳变形区域。

真应变量对热加工图的影响不大。

随着变形温度的升高及应变速率的降低，能量消耗效
率逐渐升高。

变形温度为 1050℃、应变速率为0.001S-1时，能量消耗效率η达到峰值，约为37%。

随着应变量的增加，高温高应变部分失稳区的面积逐渐减小，而低温高应变部分失稳
区的面积稍有增加[5-6]。

在选定工艺参数的时候，应该避免在失稳区范围进行热加工，否则
可能出现对微观组织不利的各种缺陷。

图 DT14钢材料的热加工图:(a)真应变量0.4;(b)真应变量0.7
（3）随着应变量的增加，高温高应变部分失稳区的面积逐渐减小，而低温高应变部分失稳区的面积稍有增加。

当真应变为0.7，变形温度为 1050℃、应变速率为0.001 S-1时，能量消耗效率η达到峰值，约为37%。

参考文献：
[1]管述哲等，锻造半钢及其应用[J].金属科学与工艺，1986.5（1）：52-59.
[2] 李镜明，锻造半钢轧辊的研制[J] .钢铁，1986，(5)：20-25.
[3]张琪，大型支承辊锻件的微观组织模拟[D]，洛阳：河南科技大学硕士学位论
文.2011.06.
[4]肖岗，X65管线钢的高温热变形行为研究[J].材料热处理学报，2009.12.
[5]李倩，Cr5型冷轧工作辊用钢的热变形行为[J].特殊钢，2009.12.
[6] 康娅雪，微碳钢的热变形方程及热加工图[J].材料热处理学报，2012.6.。