高温变形行为

当变形达到一定程度：回复过程可以完全平衡应变硬化过程,曲线表 现为应力不随应变增加而变化的稳态流变,位错密度保持不变,即位 错的增殖率与消失率相等。晶粒仍然继续伸长,回复所形成的亚晶呈 等轴状。
• 在再结晶型的变形中：
应变量小于临界应变量时只发生回复．
在高温、高应变速率的情况下，应力随应变不断增加，直至达到峰值
• 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。
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奥氏体高温变形过程：第 II 阶段幻灯片 93
• 在第一阶段动态软化不能完全抵消加工硬化。随着变形量 的增加，位错密度继续增加，内部储存能也继续增加。当 变形量达到一定程度时，将使奥氏体发生另一种转变—动 态再结晶。
• 第一轮动态再结晶完成后，已发生再结晶的晶粒还需继续变形， 才能发生第二轮动态再结晶。
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动态回复和动态再结晶
钢在高温的奥氏体区域内变形时不仅要产生硬化，同时也要 产生软化以消除变形过程中的加工硬化和加工硬化组织。 此软化过程统称为回复过程。回复过程包括有回复和再结 晶。钢在热加工中所以存在有回复过程，其原因是，高温 的奥氏体区域是空位的生成和扩散频繁的温度区域，易于 发生位错攀移运动、滑移运动、形成亚晶粒、亚晶界的运 动以及晶界运动等现象。 回复过程可分为动态回复过程和静态回复过程。后者将在 稍后的内容中讲述。回复过程按晶型或合金成分区分，如 下表所示。
• 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。
• 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 形化。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。
• 动态再结晶的发生与发展，使更多的位错消失，奥氏体的 变形抗力下降，直到奥氏体全部发生了动态再结晶，应力 达到了稳定值。即第二阶段变形。
• 曲线表明，奥氏体发生动态再结晶有一临界变形量，只有 达到这一变形量时，才能发生动态再结晶。
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•奥氏体高温变形过程：第 III 阶段
• 奥氏体发生了动态再结晶之后，变形量不断增加，而应力值基本保持 不变，呈稳定状态。
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• 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。
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•1.1 高温下稳定变形时的应力-应变曲线
(a) 真
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动态回复
如上表所示，对A组金属动态回复是在金属全应变区域内完成，对B 组金属是在低应变区域完 成。A组金属在热加工变形初期，变形应力上升，位错密度增加，并开始形成亚晶。对Fe来讲，当以0.05-1.5s‘的变形速度变形时，亚晶粒是在0.2-0.3变形量时最终完成其固定 状态。在该变形区域，因加工硬化率急剧减小，变形达到稳定状态。所以，变形应力不变， 亚晶的大小和形状也都固定不变，如图2—7所示。此时，加工硬化率和动态回复率相互平 衡，亚晶粒不断遭到破坏又不断地再生成， 依靠Z维持动态平衡。这里Z是进行温度补偿 的变形速度参数，可用下式表示：
后又随应变下降，最后达到稳定态。在低应变速率下，与其对应的
稳定阶段的曲线成波浪形变化，这是由于反复出现动态再结晶-变形
-动态再结晶，即交替进行软化-硬化-软化而造成的。
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奥氏体高温变形过程：第 I 阶段幻灯片 93
• 在变形过程中发生加工硬化和软化两个过程。这两个过程的不断交替 进行保证变形得到顺利发展。在变形初期，变形速率由零增加到所采 用的变形速率ε，随着变形的进行，位错密度(ρ) 将不断增加，产生加 工硬化，并且加工硬化速率较快，使变形应力迅速上升。
动态回复
真
(b)
应
1
应
2
力
力
真应变
动态回复时的应力-应变曲线特征
真应变
I
真 应 力
II
III (c)
动态再结晶
1
2
真应变
动态再结晶时的应力-应变曲线特征
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Fra Baidu bibliotek
1.1 高温下稳定变形时的应力-应变曲线
奥氏体热变形时的变形应力与组织特征随应变量增加而变化，应力-应 变曲线表现为:
• 在回复型变形中：
变形初期：由于加工硬化的速度大于回复速度,应力快速上升,位错密 度增加,亚晶发展迅速,晶粒伸长。
钢的高温变形行为
轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）
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• 高温变形行为
动态再结晶 静态再结晶
• 热变形方程 • 金属的高温变形抗力 • 实验研究
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•1. 高温变形行为
高温变形行为：金属在0.5Tm以上变形时，称为高温变形。
钢材热变形过程中的硬化、软化行为：钢在高温下变形时，会同 时发生硬化(加工硬化)和软化(回复和再结晶)两种对抗过程， 这两个过程的不断交替进行保证变形得到顺利发展。
变形应力和位错的运动
在实际的塑性加工条件下，变形是由于位错的运动而引起的。 因此，应变速率取决于位错集团的运动速度，而变形应力则取 决于位错运动的阻力。
固溶强化型合金还存在着另一种阻力的作用，溶质原子同位错之 间相互作用，使位错受来自溶质原子的阻力。
在流动速度相当快的高温下，即使位错是运动的，也会在其周围 形成溶质原子浓度高的区域(科垂耳气团)。
• 从应力-应变曲线中可以确定发生动态再结晶的临界变形量。临界变 形量的大小表征了奥氏体发生动态再结晶的难易程度，而且可以通过 改变工艺参数找出影响临界变形量的各种因素，因此研究临界变形量 是研究奥氏体动态再结晶的一种好方法。
• 动态再结晶分为两种：幻灯片 93 – 连续动态再结晶：奥氏体几轮动态再结晶同时发生。 – 间断动态再结晶：（εc > εr） • 由于εr较小，奥氏体一旦发生动态再结晶，不需要太大的变 形量。
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• 对B组金属动态回复是在低应变区域产生。当变形量继续升高 时，应力达到最大值后开始减小，最后达到稳定状态。在这个