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    山西永鑫生:鍛造鍛件時金屬熱加工狀態的塑性變形

    發布時間:2019-09-19 點擊數:1722

           在熱塑性變形過程中,回復、再結晶與加工硬化同時產生,加工硬化不斷被回復或再結晶所抵消,而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態。


           熱塑性變形時的軟化過程


           熱塑性變形時的軟化過程與變形溫度、應變速率、變形程度以及金屬本身的性質等因素有關。主要的軟化過程有:動態回復、動態再結晶、靜態問復、靜態再結晶、亞動態再結晶等。


           1.動態回復與動態再結晶


           動態回復是在鍛造的熱變形過程中發生的冋復。動態回復主要通過位錯的攀移、交滑移來實現。對于鋁及其合金、鐵素體基體的鋼以及密排六方金域鋅、鎂、錫等,它們的層錯能較高,變形時擴展位錯寬度窄、位錯的交滑移和攀移容易進行,位錯容場在附移面間轉移,而使異號位錯抵消,結果使位錯密度降低,畸變能降低,不足以達到動態再結晶所需的能量。因此在熱塑性變形中,即使變形量很大、變形溫度遠高于靜態再結晶的溫度,也只發生動態回復,不發生動態再結晶。動態回復是高層位錯金厲熱變形過程唯一的軟化機制。


           當高溫變形金屬只發生動態回復時,其組織仍為亞晶組織,金屬中位錯密度相當高,若立即進行熱處埋,則能獲得變形強化和熱處理強化的雙重效果,使工件與變形和熱處理分開單獨進行時相比,具有更好的綜合力學性能。這種把熱變形和熱處理結合起來的方法稱為高溫形變熱處理。



           動態再結晶是在熱變形過程中發生的再結晶,與靜態再結晶一樣。動態再結晶也是通過形核和生長來完成的。動態再結晶容易發生在層錯能較低且有較大熱變形程度的金屬中,如銅及其合金、鎳及其合金、金和銀及其合金、γ鐵、奧氏體不銹鋼等金屬。這是因為這類金屬的層錯能低,其擴展位錯寬度大,不易進行位錯的交滑移和攀移,動態回復的速率和程度都很低,材料中的一些局部區域會積累足夠高的畸變能差,且由于動態回復不充分,所形成的胞狀業組織尺寸較小、邊界不規糧,胞壁還有較多的位錯纏結,這種不完整的亞組織正好有利于再結晶形核、有利于動態再結品的發生。


           金屬動態再結晶的能力除了與金屬的層錯能高低有關外,還與晶界遷移的難易程度有關。金屬越純,發生動態再結晶的能力越強。當溶質原了固溶于金屬基體時,會阻礙晶界的遷移,減慢動態再結晶的速率。彌散分布的第二相粒子能夠阻礙晶界的移動,會遏制動態再結晶的發生。


           在動態再結晶中,由于伴隨著塑性變形,生長中的再結晶晶粒隨即發生變形,動態再結晶不可能是無位變的晶粒,若能將這種組織保持下來,則鍛造鍛件所用的材料具有更高的強度和硬度。


           動態再結晶后的晶粒度與變形溫度、應變速率和變形程度等有關。降低變形溫度、提高應變速率和變形程度,會使動態再結晶晶粒變小,而細小的晶粒組織具有更高的變形抗力。因此熱加工通過控制變形時的溫度、速度和變形,就可以調整變形件的晶粒度和力學性能。



           2.靜態回復與靜態再結晶


           在熱變形的間歇時間或者熱變形完成之后,由于金屬仍處于高溫狀態,一般會發生以下三種軟化過程:靜態回復、靜態再結晶和亞動態再結晶。


           鍛造鍛件金屬熱變形時除少數發生動態再結晶情況外,會形成亞晶組織,提高內能,處于熱力學不穩定狀態。因此在變形停止后,若熱變形程度不大,將會發生靜態回復,若熱變形程度較大,且熱變形后金屬仍保持在再結晶溫度以上時,則將發生靜態再結晶。靜態再結晶進行得比較級慢,需要有一定的孕育期才能完成。在孕育期內發生靜態回復。靜態再結晶完成后, 重新形成無畸變的等軸晶粒。在熱變形的間歇時間或者熱變形完成的靜態回復、靜態再結晶,與金屬冷變形后加熱時所發生的回復和再結晶的機理是一樣的。


           對于層錯能較低,在熱變形時發生動態再結晶的金屬,熱變形后則迅即發生亞動態再結晶。所謂亞動態再結晶,是指熱變形過程中已經形成的、但尚未長大的動態再結晶晶核,以及長大到中途的再結晶品粒被遺留下來,當變形停止后而溫度又足夠高時,這些晶核和晶粒會繼續長大,此軟化過程即稱為亞動態再結晶。由于這類再結晶不需要形核時間,沒有孕育期,所以熱變形后進行得很迅速。由此可見,在工業生產條件下要把動態再結晶組織保留下來是很閑難的。


           上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、應變速率和變形程度以及材料的成分和層錯能的高低、變形后的冷卻速度等因素有關。利用這些因素可以控制變形體熱加工后的組織和性能。



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