《控轧控冷》PPT课件VIP

2.1热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为2.2热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为2.3动态再结晶的控制2.4静态再结晶的控制,第二章钢的奥氏体形变与再结晶,金属塑性变形后组织结构和性能均发生了很大的变化。金属的这种组织在热力学上处于不稳定的亚稳状态，如果对其进行加热，变形金属就能由亚稳状态向稳定状态转化，从而会引起一系列的组织结构和性能的变化。这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复再结晶晶粒长大,形变金属与合金在退火过程中的变化,回复和再结晶,回复：是指冷塑性变形的金属在（较低温度下进行）加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。再结晶：当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大，变成新的均匀、细小的等轴晶粒。这个过程称为再结晶。,显微组织的变化,回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。,性能变化,回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。,晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。,储存能变化,回复中刃型位错的攀移及滑移,攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线脱离原来的滑移面。,多边化,多边化：刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列，形成位错墙（小角度亚晶界）的过程。,再结晶,无畸变的晶粒取代变形晶粒的过程,动态回复与动态再结晶,动态回复：在塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在塑性变形过程中发生的再结晶,动态回复,真应力-真应变曲线：I：微应变阶段II：动态回复的初始阶段III:稳态变形状态,动态再结晶,真应力-应变曲线：I：加工硬化阶段II：动态再结晶的初始阶段III:稳态流变状态,2.1热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为,热塑性变形过程中或变形之后的钢组织的再结晶在控制轧制中起决定作用，奥氏体晶粒的细化是控制轧制的基础，是本课的重点。热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程的矛盾统一。,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线与材料结构变化示意图,真应力一真应变曲线由三个阶段组成,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第一阶段。当塑性变形小时，随着变形量增加变形抗力增加，直到达到最大值。在这一阶段，金属发生塑性变形，位错密度不断增加，可以从原始退火状态时的106107cm2达到屈服极限时的107108cm2。以后随着变形量增大位错密度继续增加，这就是材料的加工硬化，造成变形应力不断增加达到峰值，这是热加工过程奥氏体结构发生变化的一个方面。,I：动态回复阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,另一方面，由于材料在高温下变形，变形中产生的位错能够在热加工过程中通过交滑移和攀移等方式运动，使部分位错消失，部分重新排列，造成奥氏体的回复。当位错重新排列发展到一定程度，形成清晰的亚晶界，称为动态多边形化。奥氏体的动态回复和动态多边形化都使材料软化。,I：动态回复阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,这就是奥氏体高温小变形时奥氏体结构发生变化的两个方面。由于位错的增殖速度相对说与变形量无关，而位错的消失速度则与位错密度绝对值有关。因此当变形量逐渐增大时，位错密度也增大，位错消失速度也随之增大，反映在真应力真应变曲线上随着变形量加大加工硬化速度减弱，但是总的趋向在第一阶段加工硬化还是超过动态软化，因此随变形量增加变形应力还是不断增加的。,I：动态回复阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第二阶段。在第一阶段动态软化抵消不了加工硬化，随着变形量的增加金属内部畸变能不断升高，畸变能达到一定程度后在奥氏体中将发生另一种转变，即动态再结晶。动态再结晶的发生与发展使更多的位错消失，材料的变形应力很快下降。随着变形的继续进行，在热加工过程中不断形成再结晶核心并继续成长直到完成一轮再结晶，变形应力降到最低值。,II：动态再结晶阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线线,从动态再结晶开始，变形应力开始下降，直到一轮再结晶全部完成并与加工硬化相平衡，变形应力不再下降为止，形成了真应力一真应变曲线的第二阶段。,II：动态再结晶阶段,动态再结晶,发生动态再结晶所必需的最低变形量称为动态再结晶的临界变形量，以c表示。c几乎与真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量p相等，精确地讲c0.83p，p的大小与钢的奥氏体成分和变形条件(变形温度、变形速度)有关。曲线的最大应力值p(或恒应变应力值s)、形变速度、变形温度T之间符合以下关系(21)式中A为常数；n为应力指数；Q为变形活化能；R为气体常数；T为绝对温度。动态再结晶发生时n为46，大多数为6。Q为自扩散激活能。,Zener-Hollomon因子,(22)Z为温度补偿变形速率因子，可表示和T的各种组合，是一个使用方便的因子。当变形温度愈低、变形速率；愈大时，Z值变大，即p、s大，动态再结晶开始的变形量c和动态再结晶完成的变形量s也变大，也就是说需要一个较大的变形量才能发生再结晶。,当Q不依赖于应力、温度时，p（或c）可用Zener-Hollomon因子Z来表示:,动态再结晶,动态再结晶是在热变形过程中发展的，即在动态再结晶形核长大的同时持续进行变形的。这样由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开始了新的软化过程（动态回复甚至动态再结晶）。因此就整个奥氏体来说，任一时刻在金属内部总存在着变形量由零到c的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说并不能完全消除全部的加工硬化。反映在真应力一真应变曲线上，就是在发生了动态再结晶后，金属材料的变形应力仍然高于原始状态（即退火状态）的变形应力。,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第三阶段。当第一轮动态再结晶完成以后，在真应力一真应变曲线上将出现两种情况：一种情况是应力达到稳定值，变形量虽不断增加而应力基本不变，呈稳态变形。这种情况称为连续动态再结晶；另一种情况是应力出现波浪式变化，呈非稳态变形。这种情况称为间断动态再结晶。,动态再结晶的应力应变曲线,当cr时发生间断动态再结晶。一旦动态再结晶发生后不需要太大的变形量，奥氏体就全部完成了第一轮动态再结晶。由于cr，当第一轮再结晶全部完成时已再结晶的晶粒内新承受的变形量都还达不到c，因而还不能立即发生第二轮动态再结晶，只有再继续变形使晶粒内的变形量达到c，第二轮动态苒结晶才开始发生。在两轮再结晶之间由于动态回复抵消不了加工硬化，应力值就要上升，因此真应力-真应变曲线上出现波浪形式。这种情况下动态再结晶是间断进行的。,动态再结晶的应力应变曲线,当cr时发生连续动态再结晶。动态再结晶发生后，随着变形的继续，一方面再结晶继续发展，另一方面已发生动态再结晶的晶粒又承受新的变形，这两个过程同时在进行着。由于cr，出现非稳态变形，间断动态再结晶。而当T低或高时，c900下静态再结晶在很短时间内就全部完成了，只有在变形温度20的区域)，奥氏体平均晶粒尺寸随停留时间增加而增大，而在奥氏体部分再结晶区轧制时情况则相反。,含铌16Mn钢空延时间对奥氏体平均晶粒尺寸的影响图,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（5）原始晶粒大小的影响,原始晶粒愈细储存能愈大，N、G都增大，但N增加比G快，所以再结晶后晶粒也愈细。但是奥氏体原始晶粒尺寸的影响随变形量的加大而逐渐减小，当变形量达到57时，原始晶粒尺寸几乎对再结晶后的晶粒尺寸没有影响。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（6）微合金元素的影响微合金元素在钢中以C和(或)N的化合物形式析出，一般都能使GN减小，所以可以起细化晶粒作用。溶于固溶体的微合金元素其作用主要在于它能吸附于界面，显著降低界面活动性，阻碍了晶面的扩散移动。以小质点形式分布在基体中的不溶析出物，也可以降低晶界的活动性，阻止晶粒的长大，并同时还会引起形变储存能的增加，从而使N也增大。由于微合金元素，尤其是Nb有很强的抑制奥氏体再结晶的作用，和不含微合金元素的钢相比，在同样变形条件下，再结晶数量减少，使奥氏体平均晶粒尺寸增大。,再结晶区域图,热变形后的组织随着变形量、变形温度、变形速度等的不同变化很大。在以变形量为横坐标、变形温度为纵坐标的图上。可根据变形后的组织是否发生再结晶将图分成三个区域，即再结晶区、部分再结晶区和未再结晶区。压下率大的部分发生完全再结晶，压下率低于再结晶临界变形量的部分只发生回复，不发生再结晶，在这两者之间有一个部分再结晶区。,再结晶区域图,产生部分再结晶的临界压下率和完成静态再结晶的临界压下率随着变形温度的降低而加大。而且受原始晶粒直径和化学成分的影响。原始晶粒直径大，临界曲线就向大压下率方向移动。Nb、V、Ti等强碳化物元素有抑制再结晶的作用，因而能不同程度地把临界压下率曲线推向大压下率方向。热变形后在静态再结晶区所得到的再结晶晶粒尺寸随变形量的增大而细化，而受变形温度的影响较小（在动态再结晶区中得到的再结晶晶粒尺寸主要受变形温度的影响，受变形量的影响比较小）。,再结晶区域图,在未再结晶区(I区)中变形时，如给以6的变形量，多数的晶粒将保持原形不变，只是释放了部分畸变能，即产生回复。但在很多处出现了比原始晶粒大几倍的巨大晶粒这是由于轻微的变形在局部地方诱发起晶界移动而发生的现象。这个事实具有重要意义，即在回复区给以压下不仅不引起再结晶细化相反地使局部生成巨大晶粒，从而使相变后的铁素体组织粗大不均，力学性能变坏。,再结晶区域图,在部分再结晶区（区）轧制能得到再结晶和未再结晶晶粒的混合组织，也就是部分再结晶组织。在区中变形不会发生如同在I区中那样巨大的晶粒。在再结晶区（区）中轧制所得到的全部是细小的再结晶组织。,再结晶区域图,以上是一道次轧制时的情况，那么多道次轧制时其组织又会发生怎样的变化呢？在区中连轧两道（每道压下率为28）后得到全部细化的再结晶组织。再结晶区多道次轧制后奥氏体晶粒的大小既决定于总变形量也决定于道次变形量，尤以道次变形量的作用大。道次变形量或总变形量增大都能使奥氏体晶粒细化，但是再结晶晶粒细化有一个限度，大约只能达到2040m。,在区中用了3道次和5道次连续压下，在3道中每道压下10得到再结晶和未再结晶的混合组织，而在5道次连续压下时(总压下率为42)，却得到全部再结晶的组织。如果轧制道次足够（总变形量足够），这个阶段得到的组织比较细而且整齐。在多道次轧制时，轧制温度逐步下降，它是不利于再结晶进行的。因此仍有可能虽经多道次轧制，在区中有足够的总压下量，但仍然得不到全部再结晶组织。,再结晶区域图,再结晶区域图,在I区中连续轧制时，如果给以每道6的多道次压下，即使轧制5道(总压下率27)，也只能得到少数的再结晶晶粒，大部分是回复的晶粒和巨大晶粒的混合组织。即使7道次轧制(总压下率36)，轧制情况也没有本质的变化。按9道次轧制(总压下率43)，可以看到进行了一些再结晶，但是回复晶粒和巨大晶粒的混合组织仍占主体。也就是说，如果在未再结晶区中给以一个不适当的压下量就会引起巨大晶粒的产生，这种巨大晶粒在以后的轧制中很难消失，即使再给以连续的部分再结晶区的压下量也很难消失。,再结晶区域图,例如每道压下率6轧制4道（总压下率22），形成巨大的晶粒，对它若以14压下率轧制1道(压下率共33)，则巨大晶粒原封不动地保留，其它晶粒再结晶后细化。若以14压下率轧制3道(压下率共50)，则大部分巨大晶粒细化，但到处仍可看到巨大晶粒的痕迹。在I区中连续轧制时如果所给予的压下率合适，就不会产生巨大晶粒，那么全部晶粒都是未再结晶晶粒，它将随着轧制道次的增加（总变形量的增加）晶粒拉长，晶内形变带逐渐增加并逐渐均匀。晶粒的拉长程度和变形带的增加程度与在l区中的总变形量成正比例，而与道次变形量关系不大。,再结晶图,再结晶晶粒大小的控制,保温中奥氏体晶粒的长大,奥氏体再结晶完成后在高温下继续停留，晶粒将会长大。这时奥氏体晶粒长大的驱动力不是畸变能，而是由小晶粒长大成大晶粒可以减小晶界面积，从而减少总的晶界能（驱动力是晶粒长大前后总的晶界能差）。恒温下奥氏体晶粒长大的直径D与恒温下停留时间有关，根据实验结果得到：D=Ktn(26)式中K、n是常数。对不同的钢材和温度其值是不同的。如1150保温时，Si-Mn钢的n0.2，Nb钢、Ti钢n0.030.04。,保温中奥氏体晶粒的长大,左图显示在再结晶后停留的初期时间内晶粒长大的速度还是很快的，普碳钢尤为显著。多道次的道次间隔时间里和终轧后的空冷时间里再结晶奥氏体晶粒也会长大，因此在轧制工艺规程制定中要给以注意。,作业,控制轧制的定义、类型及效果?有哪些经常用于材料的强化机制?它们对材料的强度和韧性有何影响?什么是材料的韧性