动态回复及再结晶

5 4热变形与动态回复 再结晶 冷塑性变形引起的加工硬化 可以通过加热发生再结晶来加以消除 如果金属在再结晶温度以上进行压力加工 那么塑性变形所引起的加工硬化就可以立即被再结晶过程所消除 将金属或合金加热至再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工 在再结晶温度以下的加工称为冷加工 在热加工过程中 金属内部同时进行着加工硬化和再结晶软化这两个相反的过程 不过此时的再结晶是在加工的同时发生的 称为动态再结晶 它与上一章介绍的冷加工后退火时发生的再结晶是不尽相同的 有时在热加工过程中硬化和软化这两个因素不能刚好全部抵消 5 4 1动态回复与动态再结晶 热加工时 硬化过程与软化过程是同时进行的 按其特征不同 可分为下述五种形式 1 动态回复 2 动态再结晶 1 2 是在温度和负荷联合作用下发生的 3 亚动态再结晶 4 静态再结晶 5 静态回复 3 4 5 是在变形停止之后 即在无负荷作用下发生的 1动态回复 图5 38 特点 流变应力不随应变而变的稳态流变 1 真应力 真应变曲线 图5 37 I 微应变阶段II 动态回复的初始阶段III 稳态变形阶段 图5 37真应力 真应变曲线 图5 38动态回复的应力应变曲线 流变曲线 2 组织结构的变化热加工后的晶粒沿变形方向伸长 同时 晶粒内部出现动态回复所形成的等轴亚晶粒 亚晶尺寸与稳态流变应力成反比 并随变形温度升高和变形速度降低而增大 图5 39 图5 39铝在400oC挤压时动态回复所形成的亚晶 3 动态回复的机制 1 是位错的攀移和交滑移 攀移在动态回复中起主要的作用 2 层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素 3 动态回复易在层错能高的金属 如铝及铝合金中发生 5 4热变形和动态回复再结晶 压力加工是利用塑性变形的方法使金属成形并改性的工艺方法 由于在常温下进行塑性变形会引起金属的加工硬化 即出现变形抗力增大 塑性下降 这使得对某些尺寸较大或塑性低的金属在常温下难以进行塑性变形 生产上通常采用在加热条件下进行塑性变形 热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形 工业生产个 高温进行的锻造 轧制等压力加工属热加工 热加工过程中 在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程 1 热加工与冷加工从金属学的角度 将再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工 发生硬化 回复 再结晶 而将再结晶温度以下进行的压力加工称为冷加工 发生加工硬化 例如钨的再结晶温度约为1200 因此 即使在1000 进行变形加工也属于冷加工 热加工温度 T再 T热加工 T固 100 200 2 热加工特点在热加工过程中 金属同时进行着两个过程 形变强化和再结晶软化 如下图 塑性变形使金属产生形变强化 而同时发生的再结晶 称为动态再结晶 过程又将形变强化现象予以消除 因此 热加工时一般不产生明显加工硬化现象 热加工过程中的动态再结晶示意图 热加工时 硬化过程与软化过程是同时进行的 按其特征不同 可分为下述五种形式 1 动态回复 2 动态再结晶 1 2 是在温度和负荷联合作用下发生的 3 亚动态再结晶 4 静态再结晶 5 静态回复 3 4 5 是在变形停止之后 即在无负荷作用下发生的 5 4 1动态回复和动态再结晶 在金属冷形变后的加热过程中发生的 称为静态回复和静态再结晶 若提高金属变形的温度 使金属在较高的温度下形变时 金属在热变形的同时也发生回复和再结晶 这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复 dynamicrecovery 和动态再结晶 dynamicrecrystallization 动态回复 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的回复的现象 动态再结晶 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象 这是在通常的热加工时发生的过程 在发生回复和再结晶时 由形变造成的加工硬化与由动态回复 动态再结晶造成的软化同时发生 一 动态回复 1 动态回复时的真实应力 真实应变曲线 分为三段第 阶段 微应变阶段 应力增加很快 但应变量不大 小于1 加工硬化开始出现 第 阶段 均匀变形阶段 曲线的斜率逐渐下降 金属材料开始均匀塑性变形 即开始流变 并发生加工硬化 且随加工硬化作用的加强 开始出现动态回复并逐渐加强 其造成的软化逐渐抵消加工硬化作用 使曲线的斜率下降并趋于水平 加工硬化率为零 进入第三阶段 第 阶段 稳态流变阶段 在达到第三阶段后 即可实现持续形变 表现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化 达到动态平衡 流变应力不再随应变的增加而增大 曲线保持水平状态 达到稳态流变时应力值与变形温度和应变速率有关 增高变形温度或降低应变速率 都将使稳态流变应力降低 这一特性已用于钢材 如在750 以下的热加工 注意 当应变速率增大时 曲线整体移向上方 即稳态流变应力增大 温度升高时 曲线下移 稳态流变应力减小 2 动态回复机制 第 阶段 金属中的位错密度由退火态的1010 1011m 2增至1011 1012m 2 第 阶段位错密度继续升高 但因动态回复的出现 位错消失率也增大 第 阶段 位错的增殖率和消失率达到平衡 位错密度维持在1014 1015m 2 和冷形变时相同 随着位错密度的增大 金属中形成位错缠结和位错胞 位错密度的增大导致了回复过程的发生 位错消失的速率随应变的增大不断增大 最后终于使位错增殖与位错消失达到平衡 不再发生加工硬化的稳态流变阶段 动态回复机制是位错的攀移和交滑移 攀移在动态回复中起主要的作用 层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素 动态回复易在层错能高的金属 如铝及铝合金中发生 3 动态回复时的组织变化 动态回复过程随变形的进行金属中的晶粒延伸成纤维状 而通过多边化或位错胞规整化形成大量的亚晶粒组织始终保持等轴状 即使形变量很大也是如此 这被解释为动态回复过程中亚晶界的迁移和多边化的结果 亚晶的尺寸及相互间位向差取决于金属类型 形变温度和应变速率 亚晶平均直径d与T 的关系如下 1 d a blog exp Q RT a b为常数动态回复所获得的亚稳组织可通过热变形后的迅速冷却而保留下来 其强度远远高于再结晶组织的强度 但若从高温缓冷下来 则将发生静态再结晶 对于给定金属材料 动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形变速率的影响 形变温度越高或形变速率越低 亚晶粒越大 动态回复组织已成功地应用于提高建筑合金挤压型材的强度方面 5 4热变形和动态回复再结晶 压力加工是利用塑性变形的方法使金属成形并改性的工艺方法 由于在常温下进行塑性变形会引起金属的加工硬化 即出现变形抗力增大 塑性下降 这使得对某些尺寸较大或塑性低的金属在常温下难以进行塑性变形 生产上通常采用在加热条件下进行塑性变形 热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形 工业生产个 高温进行的锻造 轧制等压力加工属热加工 热加工过程中 在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程 1 热加工与冷加工从金属学的角度 将再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工 发生硬化 回复 再结晶 而将再结晶温度以下进行的压力加工称为冷加工 发生加工硬化 例如钨的再结晶温度约为1200 因此 即使在1000 进行变形加工也属于冷加工 热加工温度 T再 T热加工 T固 100 200 2 热加工特点在热加工过程中 金属同时进行着两个过程 形变强化和再结晶软化 如下图 塑性变形使金属产生形变强化 而同时发生的再结晶 称为动态再结晶 过程又将形变强化现象予以消除 因此 热加工时一般不产生明显加工硬化现象 热加工过程中的动态再结晶示意图 热加工时 硬化过程与软化过程是同时进行的 按其特征不同 可分为下述五种形式 1 动态回复 2 动态再结晶 1 2 是在温度和负荷联合作用下发生的 3 亚动态再结晶 4 静态再结晶 5 静态回复 3 4 5 是在变形停止之后 即在无负荷作用下发生的 5 4 1动态回复和动态再结晶 在金属冷形变后的加热过程中发生的 称为静态回复和静态再结晶 若提高金属变形的温度 使金属在较高的温度下形变时 金属在热变形的同时也发生回复和再结晶 这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复 dynamicrecovery 和动态再结晶 dynamicrecrystallization 动态回复 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的回复的现象 动态再结晶 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象 这是在通常的热加工时发生的过程 在发生回复和再结晶时 由形变造成的加工硬化与由动态回复 动态再结晶造成的软化同时发生 一 动态回复 1 动态回复时的真实应力 真实应变曲线 分为三段第 阶段 微应变阶段 应力增加很快 但应变量不大 小于1 加工硬化开始出现 第 阶段 均匀变形阶段 曲线的斜率逐渐下降 金属材料开始均匀塑性变形 即开始流变 并发生加工硬化 且随加工硬化作用的加强 开始出现动态回复并逐渐加强 其造成的软化逐渐抵消加工硬化作用 使曲线的斜率下降并趋于水平 加工硬化率为零 进入第三阶段 第 阶段 稳态流变阶段 在达到第三阶段后 即可实现持续形变 表现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化 达到动态平衡 流变应力不再随应变的增加而增大 曲线保持水平状态 达到稳态流变时应力值与变形温度和应变速率有关 增高变形温度或降低应变速率 都将使稳态流变应力降低 这一特性已用于钢材 如在750 以下的热加工 注意 当应变速率增大时 曲线整体移向上方 即稳态流变应力增大 温度升高时 曲线下移 稳态流变应力减小 2 动态回复机制 第 阶段 金属中的位错密度由退火态的1010 1011m 2增至1011 1012m 2 第 阶段位错密度继续升高 但因动态回复的出现 位错消失率也增大 第 阶段 位错的增殖率和消失率达到平衡 位错密度维持在1014 1015m 2 和冷形变时相同 随着位错密度的增大 金属中形成位错缠结和位错胞 位错密度的增大导致了回复过程的发生 位错消失的速率随应变的增大不断增大 最后终于使位错增殖与位错消失达到平衡 不再发生加工硬化的稳态流变阶段 动态回复机制是位错的攀移和交滑移 攀移在动态回复中起主要的作用 层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素 动态回复易在层错能高的金属 如铝及铝合金中发生 3 动态回复时的组织变化 动态回复过程随变形的进行金属中的晶粒延伸成纤维状 而通过多边化或位错胞规整化形成大量的亚晶粒组织始终保持等轴状 即使形变量很大也是如此 这被解释为动态回复过程中亚晶界的迁移和多边化的结果 亚晶的尺寸及相互间位向差取决于金属类型 形变温度和应变速率 亚晶平均直径d与T 的关系如下 1 d a blog exp Q RT a b为常数动态回复所获得的亚稳组织可通过热变形后的迅速冷却而保留下来 其强度远远高于再结晶组织的强度 但若从高温缓冷下来 则将发生静态再结晶 对于给定金属材料 动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形变速率的影响 形变温度越高或形变速率越低 亚晶粒越大 动态回复组织已成功地应用于提高建筑合金挤压型材的强度方面 5 4热变形和动态回复再结晶 压力加工是利用塑性变形的方法使金属成形并改性的工艺方法 由于在常温下进行塑性变形会引起金属的加工硬化 即出现变形抗力增大 塑性下降 这使得对某些尺寸较大或塑性低的金属在常温下难以进行塑性变形 生产上通常采用在加热条件下进行塑性变形 热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形 工业生产个 高温进行的锻造 轧制等压力加工属热加工 热加工过程中 在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程 1 热加工与冷加工从金属学的角度 将再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工 发生硬化 回复 再结晶 而将再结晶温度以下进行的压力加工称为冷加工 发生加工硬化 例如钨的再结晶温度约为1200 因此 即使在1000 进行变形加工也属于冷加工 热加工温度 T再 T热加工 T固 100 200 2 热加工特点在热加工过程中 金属同时进行着两个过程 形变强化和再结晶软化 如下图 塑性变形使金属产生形变强化 而同时发生的再结晶 称为动态再结晶 过程又将形变强化现象予以消除 因此 热加工时一般不产生明显加工硬化现象 热加工过程中的动态再结晶示意图 热加工时 硬化过程与软化过程是同时进行的 按其特征不同 可分为下述五种形式 1 动态回复 2 动态再结晶 1 2 是在温度和负荷联合作用下发生的 3 亚动态再结晶 4 静态再结晶 5 静态回复 3 4 5 是在变形停止之后 即在无负荷作用下发生的 5 4 1动态回复和动态再结晶 在金属冷形变后的加热过程中发生的 称为静态回复和静态再结晶 若提高金属变形的温度 使金属在较高的温度下形变时 金属在热变形的同时也发生回复和再结晶 这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复 dynamicrecovery 和动态再结晶 dynamicrecrystallization 动态回复 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的回复的现象 动态再结晶 在热加工过程中 塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象 这是在通常的热加工时发生的过程 在发生回复和再结晶时 由形变造成的加工硬化与由动态回复 动态再结晶造成的软化同时发生 一 动态回复 1 动态回复时的真实应力 真实应变曲线 分为三段第 阶段 微应变阶段 应力增加很快 但应变量不大 小于1 加工硬化开始出现 第 阶段 均匀变形阶段 曲线的斜率逐渐下降 金属材料开始均匀塑性变形 即开始流变 并发生加工硬化 且随加工硬化作用的加强 开始出现动态回复并逐渐加强 其造成的软化逐渐抵消加工硬化作用 使曲线的斜率下降并趋于水平 加工硬化率为零 进入第三阶段 第 阶段 稳态流变阶段 在达到第三阶段后 即可实现持续形变 表现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化 达到动态平衡 流变应力不再随应变的增加而增大 曲线保持水平状态 达到稳态流变时应力值与变形温度和应变速率有关 增高变形温度或降低应变速率 都将使稳态流变应力降低 这一特性已用于钢材 如在750 以下的热加工 注意 当应变速率增大时 曲线整体移向上方 即稳态流变应力增大