金属的热变形

显微组织：
非常细小的等轴晶粒，晶内还有 细小的亚晶和一定程度的位错缠结。
形核及长大方式：
与静态再结晶类似。
原因：
动态再结晶形核长大期间，同时 进行着形变，未再结晶区不断有动态 再结晶晶核形成，并只发生有限的长 大；已再结晶的晶内继续遭受变形， 可重复发生动态再结晶。
镍通过动态再结晶与静态再结晶所形 成的晶粒尺寸与流变应力之间的关系
层错能低的金属，在变形量较小时，通常也 只发生动态回复。
㈡动态再结晶
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真应力
发生动态再结晶时的真应力-真应变 曲线的特征
1、真应力-真应变曲线
高应变速率，较低温度下： 连续动态再结晶。
0<ε<εc：加工硬化阶段； εc<ε<εs：动态再结晶初始阶 段；
ε>εs：稳定流变阶段，(形变 硬化与再结晶软化达到动态 平衡)。
εc—开始发生动态再结晶的 临界变形量。
真应力
发生动态再结晶时的真应力-真应变 曲线的特征
低应变速率，较高温 度下：间断动态再结晶.
应变速率低，位错增 殖速度小，在发生动态再 结晶引起软化后，位错密 度来不及增长到足以使再 结晶达到与加工硬化相抗 衡的程度，故重新发生加 工硬化，曲线上升，直到 位错密度积累到又能使再 结晶占据主导地位时，曲 线才又下降。
1、应力-应变曲线
第Ⅰ阶段：微应变阶段 (直线)，总应变量<1%;
第Ⅱ阶段：起始流变阶 段，屈服，有加工硬化;
第Ⅲ阶段：稳定流变阶 段，加工硬化率为零, 曲线转 为水平。
/ s1
8.0×10-1 6.0×10-2 6.0×10-3
1.5×10-4
当温度一定，变形 速率增大时，曲线整体 向上移动，即稳定流变 的应力增大；
这一过程不断重复，并呈周期性的变化，曲
线呈波浪状，其周期大体相同，但振幅逐渐衰减。
动态再结晶阶段的应力-应变曲线 a)应变速率的影响；b)变形温度的影响
2、组织结构的变化
镍在934℃形变时通过动态再结 晶形成的再结晶晶粒中的缠结位 错（透射电子显微组织）
( 1.63102 sec1 ， 7.0)
二、热变形
1、热加工与冷加工
热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。 实质：变形中加工硬化与动态软化同时进行 的过程。 动态软化包括：动态回复和动态再结晶。 冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。 冷、热加工不能以加工温度的高低来区分， 而应根据其再结晶温度来判定。
例：钨，T再=1200℃，1000℃的加工仍属 冷加工；
第五节 金属的热变形
一、动态回复与动态再结晶
前面讨论的回复和再结晶是在金属冷变 形后的加热过程中发生的，称为静态回复和 静态再结晶。
金属在较高温度下变形时，也能发生回 复和再结晶，称为动态回复与动态再结晶。
㈠动态回复
真应力
T=常数
常数
真应变
发生动态回复时的真应力-真应变 曲线特征
动态回复：材料在变 形过程中发生的回复。
当变形速率一定， 温度升高时，曲线整体 向下移动，即稳定流变 应力下降；
动态回复阶段的应力-应变 曲线 （工业纯铁，700℃）
2、组织结构的变化
显微组织：晶粒沿着变形方向伸长而呈纤维状。
铝在400℃挤压所形成的纤维组织（纵向，偏振光 ）40×
亚组织：等轴的亚晶粒。 变形开始阶段，加工硬化效果强，位错密度 增加，金属形成位错缠结和位错胞，构成亚晶界。 因为是在高温下变形，位错可通过攀移、交 滑移，使异号位错相遇，彼此抵消而破坏已形成 的亚晶界；同时在另一些地方又有新的亚晶界形 成，从而保持恒定的亚晶平均尺寸。
1、提高材料致密性和力学性能
热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊 合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱 状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与 分布。
提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的 力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。
受力复杂，负荷较大的重要工件，都要经过 热加工。
WC =0.3%的碳钢铸态和锻态力学性能比较
动态再结晶组织的性能：
强度低于动态恢复组织的强度，但高于静态再结晶后 的强度。因为晶内还有位错缠结。
控轧控冷：
较高应变速率下，材料中始终有动态再结晶晶核存在， 热变形后在高温停留时间长了，要发生静态再结晶和晶粒 长大。
因此，要将热变形获得的细小晶粒保留下来，要控制 热变形的终止温度和热变形后的冷却。如控轧控冷工艺。
铝在400℃挤压所形成的动态回复亚晶
a)光学显微组织（偏振光 430×）；b)透射电子显微组织
影响亚晶尺寸的因素：
形变温度：形变温度高，亚晶尺寸大；
形变速率：形变速率小，亚晶尺寸大。
应变与回复同时进行，避免了冷加工效果的积 累，位错密度较冷变形时低。
动态回复产生的亚组织，不能靠综合冷加工和 静态回复两个过程迭加得到。
影响动态再结晶晶粒尺 寸的因素：
流变应力：流变应力越高， 动态再结晶后晶粒尺寸越小。
应变速率：应变速率越高， 晶粒尺寸越小。
变形温度：形变温度低， 晶粒尺寸小。
变形程度：变形程度大， 晶粒尺寸小。
易发生动态再结晶的金属：
层错能低的面心立方金属，如：Cu、Ni、γ-Fe及奥氏 体不锈钢等，其位错的交滑移和攀移难进行。
而铅， T再<15℃，20℃时的加工变形应属 热加工。
热加工时，有动态软化可以消除加工硬化(至 少部分消除)，因此热加工中金属一直保持较高的 塑性，可连续地进行大变形量加工。
主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品， 以及脆性较大的金属材料。
温度高，流变强度下降，形变阻力小，动力 消耗较少。
三、热加工对金属组织和性能的影响
状态 σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%) ak(J/cm2)
锻态 530
310
20 45
56
铸态 500
280
15 27
28
2、形成流线，使材料出现各向异性
流线：夹杂物、第二相、偏析等沿变形方向 分布，在经浸蚀的宏观磨面上出现的纤维组织。
动态回复亚组织：位错密度较高，亚晶尺寸较 小；
冷加工+静态回复亚组织：位错密度较低，亚 晶尺寸较大。
动态回复组织的性能：
强度较冷变形组织低，较静回复和再结晶组 织强度高，因为材料屈服强度随亚晶粒的细化而 提高。
保留动回复组织，已应用于提高铝镁合金挤 压型材的强度。
易发生动态回复的金属：
层错能高的金属，如Al、Al合金、纯铁、铁 素体钢等，其位错的交滑移和攀移容易进行。