2、钢的奥氏体形变与再结晶

c0.83p p 真应力-真应变曲线上应力峰值p所对应的应变量 p的大小与钢的奥氏体成分和变形条件（温度、速度）有关。
ε Aσ exp( Q/RT)
n

Z exp(Q / RT ) A
A：常数 R：气体常数 Q：变形活化能 T：绝对温度

n
Z为温度补偿变形速率因子，可表示
再结晶软化曲线示例
1.0
1.0
950℃
0.8
1000℃ 950℃
900℃ 850℃ 800℃ 750℃ 700℃
0.8
0.6
xs
0.6
Xs
900℃ 850℃
0.4
0.4
800℃
0.2
0.2
750℃
0.0 10
0
0.0
10
1
10
2
10
3
10
0
10
1
10

10
3
Time,s
Time，s
Q235钢
含铌Q345钢
真应力-真应变曲线与形变温度/应变速率关系示意图
普碳钢Q235随温度的降低和应变速率的提高,可使 形变奥氏体只发生动态回复不发生动态再结晶 .
普碳钢Q235压缩变形发生动态再结晶、部分动态再结晶、未再结晶 时温度与应变速率关系图:●发生动态再结晶; ○未再结晶
2.2 热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为 1）静态回复和静态再结晶 金属在热加工后，由于形变使晶粒内部存在形变储存能，
不同变形温度与奥氏体微观组织
变形条件: 1100℃+2.5min,10℃ /s冷却到变形温度,60%变形,应 变速率15s-1,变形后立即水淬,苦味酸腐蚀 a-变形温度1050℃; b-变形温度900℃
随温度的降低和应变速率的提高,材料微观组织发生不同变 化,相应变化的应力-应变曲线是:无峰平台动态回复→多峰 的不连续动态再结晶→单峰连续动态再结晶→部分动态再结 晶→无峰和具有上升趋势的动态回复→形变诱导相变.
图 (a)、(b)、(c)和(d)中实测的静
0.312、0.325和0.515。由图上还 可以看出，静态再结晶初期，形 核主要发生于晶界上，随着再结
(a)
态再结晶分数(XSRX)分别为0.208、
(b)
晶过程的进行，晶内变形带处也
开始形核，这是由于这些位置形 在静态再结晶初期和前期，再结 晶晶粒的分布明显呈现出不均匀 和局部化的特征，说明再结晶的 形核并不满足位置饱和 。
静态再结晶组织演变，N3钢，950℃变形 (a) 10s (XSRX=0.208)，(b) 20s (XSRX=0.312)，(c) 100s (XSRX=0.325)，(d) 400s (XSRX=0.515)
左图所示为N3钢于950℃变 形后分别保温至10s、20s、100s 及400s的奥氏体的显微组织。上
b) 变形后的晶粒
• 在加热状态下，奥氏体晶粒粗大（a）； • 变形时，随着变形量增大，晶粒伸长（b），在 各个伸长的晶粒内部因蓄积了由位错而引起的应 变能； • 以此为形核驱动力，发生静态再结晶（C）； • 随晶核的长大，最后全部成为再结晶组织（d）； • 再结晶结束后，晶粒借助热能长大
热加工过程静态再结晶过程模式图
' y
σy：奥氏体的屈服应力
σ1：达到变形量ε1的应力 σy’：变形后保温一定时间后 再次发生塑性变形时的应力
当x=1 时表示加工硬化完全消除； 当x=0 时表示奥氏体没有任何软化； 当x=0~1时表示发生了不同程度的回复和再结晶。
热变形后的静态软化
热加工过程中所形成的不稳定组织， 在热加工的间隙时间里或加工后的缓冷 过程中将继续发生静态软化。以右图所 示0.68％C钢，780℃对应不同应变值变 形后保温不同时间的软化规律如下： (a) 当变形量远小于静态再结晶的临界 变形量时，加工硬化组织不能完全 消除软化过程为：静态回复 (b) 当变形量大于静态而小于动态再结 晶的临界变形量时，软化过程为： 静态回复＋静态再结晶 (c) 当变形量刚超过动态再结晶的临界 变形量时，软化过程为：静态回复 ＋亚动态再结晶＋静态再结晶 (d) 当变形量达到动态再结晶稳定阶段 的变形量时，软化过程为：静态回 复＋亚动态再结晶
25
– 静态回复
– 静态再结晶 – 亚动态再结晶
变形量，100%
变形量与三种静态软化类型的关系
a
100
b
c
d
75
软化率，%
静态再结晶 III
亚动态再结晶 II
50 静态回复 I 0 0 8 16 32 48 64
25
变形量，100%
静态再结晶
c) 开始再结晶 d) 完成再结晶 e) 晶粒长大
a)再加热状态
形核机制：
在上图 中（变形条件为0.6，950 ℃ ，1s-1），在原奥氏体晶界的几个位 置，观察到了晶界突出现象，如图中箭头所示，表明实验钢的动态再结晶是 通过晶界突出形核机制进行的。关于再结晶形核机制问题，有二种理论，即 亚晶长大形核机制及晶界突出形核机制。
再结晶组织的演变： 形变过程中随应变量增大微观组织发生变化的过程为: 变形初期的加工硬化→部分再结晶阶段→全部再结晶阶段
图5. 0.10%C,1.22%Mn,0.02%Nb 钢在0.6Tm 以上温度变形时的应力－应变曲线
（3）第三阶段：当第一轮动态再结晶完成以后，将出现两种 情况，即稳态变形（连续动态再结晶）和非稳态变形（间断动 态再结晶）。 由动态再结晶产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变 形量用r表示， r可能大于 c，也可能小于c。 当c< r时发生连续动态再结晶； 当c> r时发生间断动态再结晶。 工艺参数（温度和速率）对c、r都有影响，只是对r的影响比 对c的影响大。 当 T 高或 当 T 低或 低时， c> r，出现非稳态变形，间断动态再结晶； 高时， c< r，出现稳态变形，连续动态再结晶。
静态软化的各个区域与变形量之间的关系
• 从热力学的角度，动
100 静态再结晶 III 亚动态再结晶 II
态回复的组织是不稳
温保持过程中会因为 静态回复而发生变化。 • 静态回复（软化）受 热加工变形量的影响， 可分为三个过程：
0 0 8
软化率，%
定的，在变形后的高
75
50 静态回复 I 16 32 48 64
和 T 的各种组合。
当变形温度愈低、变形速率愈大时，Z值变大，即p 、 s大，动态再结晶开始的变形量c和动态再结晶完成的 变形量 s也变大，也就是说需要一个较大的变形量才 能发生再结晶。
钢材热变形时的应力－应变曲线规律 （1）变形速率不变时，同一应 变条件下，变形温度越高， 所对应的真应力越低 （2）变形温度不变时，同一应 变条件下，变形速率越低， 所对应的真应力也越低 ，且 真应力的峰值向真应力变小 的方向移动 （3）相同变形温度、速度条件 下，随应变的增加，曲线呈 现由高变低并逐渐趋于稳定 的形态
当位错排列并发展到一定程度后，形成清晰的亚晶，称之为动态多边化。 动态回复和动态多边化使加工硬化的材料发生软化。随着变形量的增加，位 错密度增大，位错消失的速度也加快，反映在真应力－真应变曲线上，就是 随变形量的增加，加工硬化逐渐减弱。 在第一阶段中，总的趋势是加工硬化超过动态软化，随着变形量的增加， 应力不断提高，称之为动态回复阶段。在一定条件下，当变形进行到一定程 度时，加工硬化和动态软化相平衡，反映在应力-应变曲线上是随着变形量的 增大，应力值趋于一定值。
950 C
o
0.2 0.5
60
40
20
0
10
100
1000
10
100
1000
Interpass time,s
Interpass time,s
图1：含Nb钢不同温度下变形后的 软化率曲线 (prestrain: 0.2, strain rate: 1/s)
图2：变形温度为950℃时经不同预应 变后的软化率曲线 (strain rate 1/s)
• 热加工中的软化过程分为:
（1）动态回复; （2）动态再结晶； （3）亚动态再结晶； （4）静态再结晶； （5）静态回复。 • 动态：在外力作用下，处于变形过程中发生的。 • 静态：在热变形停止或中断时，借助热变形的余热，在无 载荷的作用下发生的。
2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为
热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程 的矛盾统一 ，加工硬化和高温动态软化过程同时进行，根据这 两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。
使系统处于不稳定的高能状态，因此在变形随后的等温保持过
程中，以变形储存能为驱动力，通过热活化过程再结晶成核和 长大而再生成新的晶粒组织，力图消除加工硬化，使系统由高 能状态转变为较稳定的低能状态，这个自发的过程就是 静态回复和静态再结晶。
2）软化百分数：
x 1 / 1 y
第一阶段：当塑性变形小时，随着变形量增加变形抗力增加，直 到达到最大值。
金属发生塑性变形，位错密度不断增加，产生加工硬化，造成应力不断 增加达到峰值。 由于变形在高温下进行，位错在变形过程中通过交滑移和攀移的方式运 动，使部分位错相互抵消，使材料得到回复。由于这种回复随加工硬化发生， 故称之为动态回复。
800℃ 900℃ 1000℃ 1100℃
软化率， 100%
变形量，%
应变速率增加到一定临界值后，完全可以使奥氏体不发生再结晶，其 变形条件是轧制速度的提高、应变速率的加大和道次间隔时间的缩短。
普碳钢Ｑ235形变奥氏体再结晶未再结晶图（850℃变形后保温1s水淬） Ⅰ-再结晶区; Ⅱ-部分再结晶区; Ⅲ-未再结晶区
16MnNbR道次间软化率与道次间隔时间的关系
1.0 0.9 0.8