【正文】 熱變形過程中鋼的奧氏體再結(jié)晶行為 熱變形間隙時(shí)間內(nèi)鋼的奧氏體再結(jié)晶行為 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的控制 靜態(tài)再結(jié)晶的控制 第二章 鋼的奧氏體形變與再結(jié)晶 金屬塑性變形后組織結(jié)構(gòu)和性能均發(fā)生了很大的變化 。金屬的這種組織在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài) ， 如果對(duì)其進(jìn)行加熱 ， 變形金屬就能由亞穩(wěn)狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化 ， 從而會(huì)引起一系列的組織結(jié)構(gòu)和性能的變化 。 這一變化過程隨加熱溫度的升高可表現(xiàn)為三個(gè)階段： ? 回復(fù) ? 再結(jié)晶 ? 晶粒長(zhǎng)大 形變金屬與合金在退火過程中的變化 回復(fù)和再結(jié)晶 回復(fù) ： 是指冷塑性變形的金屬在 （ 較低溫度下進(jìn)行 ） 加熱時(shí) ， 在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前 （ 即在再結(jié)晶晶粒形成前 ） 所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過程 。 再結(jié)晶： 當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí) ， 由于原子活動(dòng)能力增大 ， 晶粒的形狀開始發(fā)生變化 ， 被拉長(zhǎng)及破碎的晶粒通過重新生核 、 長(zhǎng)大 ， 變成新的均勻 、細(xì)小的等軸晶粒 。 這個(gè)過程稱為再結(jié)晶 。 顯微組織的變化 回復(fù)階段 ： 顯微組織仍為纖維狀，無可見變化。 再結(jié)晶階段 ：變形晶粒通過形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒。 晶粒長(zhǎng)大階段 ： 晶界移動(dòng)，晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和尺寸。 性能變化 回復(fù)階段 ： 強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度變化不大，電阻明顯下降。 再結(jié)晶階段 ： 強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高；密度急劇升高。 晶粒長(zhǎng)大階段 ： 強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高；粗化嚴(yán)重時(shí)下降。 儲(chǔ)存能變化 回復(fù)中刃型位錯(cuò)的攀移及滑移 攀移 ：刃型位錯(cuò)沿垂直于滑移面的方向運(yùn)動(dòng)，使位錯(cuò)線脫離原來的滑移面。 多邊化 多邊化 ： 刃型位錯(cuò)通過攀移和滑移構(gòu)成豎直排列，形成位錯(cuò)墻（小角度亞晶界）的過程。 再結(jié)晶 無畸變的晶粒取代變形晶粒的過程 動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 動(dòng)態(tài)回復(fù)： 在塑性變形過程中發(fā)生的回復(fù) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶： 在塑性變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶 動(dòng)態(tài)回復(fù) 真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線： I： 微應(yīng)變階段 II：動(dòng)態(tài)回復(fù)的初始階段 III: 穩(wěn)態(tài)變形狀態(tài) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 真應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ： I： 加工硬化階段 II：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的初始階段 III: 穩(wěn)態(tài)流變狀態(tài) 熱變形過程中鋼的奧氏體再結(jié)晶行為 ? 熱塑性變形過程中或變形之后的鋼組織的再結(jié)晶在控制軋制中起決定作用，奧氏體晶粒的細(xì)化是控制軋制的基礎(chǔ)，是本課的重點(diǎn)。 ? 熱塑性加工變形過程是加工硬化和回復(fù)、再結(jié)晶軟化過程的矛盾統(tǒng)一。 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 與材料結(jié)構(gòu)變化示意圖 真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線由三個(gè)階段組成 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 第一階段 。 當(dāng)塑性變形小時(shí) ， 隨著變形量增加變形抗力增加 ， 直到達(dá)到最大值 。 在這一階段 ， 金屬發(fā)生塑性變形 ，位錯(cuò)密度 ρ不斷增加 ， ρ可以從原始退火狀態(tài)時(shí)的 106 ～ 107／ cm2達(dá)到屈服極限時(shí)的 107 ～ 108／ cm2 。 以后隨著變形量增大位錯(cuò)密度繼續(xù)增加 ， 這就是材料的加工硬化 ， 造成變形應(yīng)力不斷增加達(dá)到峰值 ， 這是熱加工過程奧氏體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的一個(gè)方面 。 I：動(dòng)態(tài)回復(fù)階段 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 另一方面 ， 由于材料在高溫下變形 ， 變形中產(chǎn)生的位錯(cuò)能夠在熱加工過程中通過交滑移和攀移等方式運(yùn)動(dòng) ， 使部分位錯(cuò)消失 ，部分重新排列 ， 造成奧氏體的回復(fù) 。 當(dāng)位錯(cuò)重新排列發(fā)展到一定程度 ， 形成清晰的亞晶界 ， 稱為動(dòng)態(tài)多邊形化 。 奧氏體的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)多邊形化都使材料軟化 。 I：動(dòng)態(tài)回復(fù)階段 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 這就是奧氏體高溫小變形時(shí)奧氏體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的兩個(gè)方面 。 由于位錯(cuò)的增殖速度相對(duì)說與變形量無關(guān) ，而位錯(cuò)的消失速度則與位錯(cuò)密度絕對(duì)值有關(guān) 。 因此當(dāng)變形量逐漸增大時(shí) ， 位錯(cuò)密度也增大 ， 位錯(cuò)消失速度也隨之增大 ， 反映在真應(yīng)力 ——真應(yīng)變曲線上隨著變形量加大加工硬化速度減弱 ， 但是總的趨向在第一階段加工硬化還是超過動(dòng)態(tài)軟化 ，因此隨變形量增加變形應(yīng)力還是不斷增加的 。 I：動(dòng)態(tài)回復(fù)階段 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 第二階段 。 在第一階段動(dòng)態(tài)軟化抵消不了加工硬化 ， 隨著變形量的增加金屬內(nèi)部畸變能不斷升高 ，畸變能達(dá)到一定程度后在奧氏體中將發(fā)生另一種轉(zhuǎn)變 ， 即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生與發(fā)展使更多的位錯(cuò)消失 ， 材料的變形應(yīng)力很快下降 。 隨著變形的繼續(xù)進(jìn)行 ， 在熱加工過程中不斷形成再結(jié)晶核心并繼續(xù)成長(zhǎng)直到完成一輪再結(jié)晶 ， 變形應(yīng)力降到最低值 。 II ：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線線 從動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始 ，變形應(yīng)力開始下降 ，直到一輪再結(jié)晶全部完成并與加工硬化相平衡 ， 變形應(yīng)力不再下降為止 ，形成了真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線的第二階段 。 II ：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所必需的最低變形量稱為 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量 ， 以 εc表示 。 εc幾乎與真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線上應(yīng)力峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量 εp相等 ， 精確地講 εc ≈ ， εp 的大小與鋼的奧氏體成分和變形條件 (變形溫度 、 變形速度 )有關(guān) 。 曲線的最大應(yīng)力值 σp (或恒應(yīng)變應(yīng)力值 σs)、 形變速度 、 變形溫度 T之間符合以下關(guān)系 (2— 1) 式中 A為常數(shù)； n為應(yīng)力指數(shù)； Q為變形活化能； R為氣體常數(shù)； T為絕對(duì)溫度 。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生時(shí) n為 4～ 6， 大多數(shù)為 6。Q為自擴(kuò)散激活能 。 )/e x p ( RTQA n ?? ?????ZenerHollomon因子 (2— 2) Z為溫度補(bǔ)償變形速率因子 ， 可表示 和 T的各種組合 ， 是一個(gè)使用方便的因子 。 當(dāng)變形溫度愈低 、 變形速率；愈大時(shí) ， Z值變大 ， 即 σp 、 σs大 ， 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始的變形量 εc和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶完成的變形量 εs也變大 ， 也就是說 需要一個(gè)較大的變形量才能發(fā)生再結(jié)晶 。 nARTQZ ?? ?? )/e x p (?當(dāng) Q不依賴于應(yīng)力、溫度時(shí)， εp（或 εc ）可用 ZenerHollomon因子 Z來表示 : 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過程中發(fā)展的 ， 即在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核長(zhǎng)大的同時(shí)持續(xù)進(jìn)行變形的 。 這樣由再結(jié)晶形成的新晶粒又發(fā)生了變形 ， 產(chǎn)生了加工硬化 ，富集了新的位錯(cuò) ， 并且開始了新的軟化過程 （ 動(dòng)態(tài)回復(fù)甚至動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 ） 。 因此 就整個(gè)奧氏體來說 ，任一時(shí)刻在金屬內(nèi)部總存在著變形量由零到 εc 的一系列晶粒 ， 也就是說動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生就奧氏體的整體來說并不能完全消除全部的加工硬化 。 反映在真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線上 ， 就是在發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后 ， 金屬材料的變形應(yīng)力仍然高于原始狀態(tài) （ 即退火狀態(tài) ） 的變形應(yīng)力 。 奧氏體熱加工的真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 第三階段 。 當(dāng)?shù)谝惠唲?dòng)態(tài)再結(jié)晶完成以后 ， 在真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線上將出現(xiàn)兩種情況：一種情況是應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定值 ， 變形