超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用

1、第7卷第4期1999年12月材 料科学 与工艺MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGYVol.7 No. 4Dec. 1999© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, :1005-0299(1999)04-007+04许晓嫦I ,谭晓琼2 ,谭玉华'

2、;(1长沙铁道学院机械工程系湖南长沙410075:2.湘谭精细化工厂，湖南湘潭411100;3.湘潭大学机械工程系.湖南湘潭411105):为了研究晶界形态及动态再结晶在超塑性形变中的作用采用光学显微熊扫描电错、透 射电億对硬铝LY12的超塑性形变过程进行了观寮、分诉泥出金属材料的超塑性主要依靠晶界流 态化区的粘性变形来实现动态再结晶不是专鲨曉的一种机制:超塑性：粘性变形；动态再结晶:TCH26: AChange of grain boundary morphology and inf 1 uence tfrecrystallization in superplastic deformatio

3、nXU Xiacrciiang1 , TAN Xiacrqiong- , TAN Yirhua3(1 Mechanical Engineering EX?partnicnt Changsha Railway University Changsha 410075 , China : 2 Xiangtan DHicalc Chen*cal Factory Xiangtan 411100 China : 3. Mechanical Engineering Impartment Xiangtan University Xiangtan 411105 ChindAbstract : The change

4、 in grain boundary n»iplx)logy and the influence of recrystidlization in superplastic ddonmtion uere studied by observation and amdysis of supeq)lastic deformation of duralium L Y12 by means of OFM . SEM and TEM. h is piuposed to acquire lhe superplasticity of metallic materials thiuugh the vis

5、cous ddonmtion of fluidized* zone of gniin boundary Dniuiuc recrytallization is not a supeiplasticity mechanism.Key words : superplasticity; dj»n ddomiation; dynamic recrystallization© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2008 China

6、 Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 超塑性已成为金属材料科学的一个重要分 支.国内外学者对此已作了大量的研究.对组织超 塑性形变过程中.金属材料的显微组织与精细结 构的变化也进行了大致的归纳、总结山但是各 种变化对超須性变形的具体影响尚未进行深入研 究为此，本文选择硬铝LY12时效合金进行试 验主要探讨晶界形态以及动态再结晶在超塑性形变中的作用.1试验方法试验材料为工业硬铝LYI2.其中含4.69 %Cu ,1.22 %Mg .0. 38 %Mn .0. 10 %Zu.试片厚度为0.9 mm.按

7、金属材料髙温拉伸试验法标准制作标称尺寸为20 mm 为使硬铝中的金属化合物充分溶© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, :1998- 08 21:许晓嫦(19M- ) 女副教授.© 1994-2008 China Academic Journal Electronic

8、Publishing House. All rights reserved, 第4期许晓嫦等:超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用 75解先将试片在430 0呆温4 h,作固溶处理所得的 总延伸率为300 %450 % 最大超塑性延伸率的工 艺是:温度：430 °C、应变速度：1.67 X10-4s-H21.试片经精细研磨加工后进行化学抛光和腐 蚀化学抛光液为：硝酸5 nL,磷酸15 nL.醋酸 80江.2试验结果及分析2.121.1晶界变宽为了观察在超塑性形变过程中晶界宽度的变 化採用430 °C.应变速度* =1.67 XIO S*1进行 变形延伸率200 %后停止

9、位伸将试样从炉中迅 速取出经化学腐蚀.得图1(a)的结果.由图可看 出.大部分晶界巳经变宽.宽度大多立0 52口 m 之间，但仍有部分晶粒的一 丫边的晶界宽度増大 不多甚至没有变大图l(b)、(c)、(d)分别为试样 超塑性拉断后获得最大延伸率 =452 %的光学 金相扫描电镜图像和透射电镜图像从图中可以 看出，当试样延伸至452 %拉断时，晶粒全部为宽 晶界晶界宽度也增大从这一结果可以明显看 出超塑性延伸率与晶界变宽有密切关系.2.1.2晶界晶化宽晶界是一种不稳定的界面它倾向于变成 细晶界在430 °C!新加热约2 min时开始出现 厚度v0.1pm的细晶界.随保温时间增大细晶界

10、数量增多当保温时间为5 min时巳全部变成细 晶界(如表1示)这说明超塑性形变形成的宽晶 界是一介穗界面一旦停止超塑性延伸(如拉断)， 此区域通过相邻接晶粒的长大再结晶成规则排 列，因而产生由宽晶界向细晶界的转化.图1硬铝超塑性形变时的光学显微照片(b)和扫描电错 照片Q、c)透射电错照片(d)(a)=200% (b)=452% (c)=452% (d)=452%Hg. 1 Supeiplastic ddbmwlion of duraliunV s pictures by OPM (b)、SEVl(a、c) and TEVI (d)2.1.3晶界与超塑性的关系表2是在应变速度 =1.67 Xl

11、Os'1采用加 载(形变)+保温的工艺所得的结果.若不作卸载 保温所得总延伸率为324 %.当采用卸载保温时， 虽然随每次加载后的拉伸变形量的增加总延伸率 不断增大但都未超过200 %.对有色金属合金只 有当延伸率超过200 %才属于超塑性形变.图2 的显微组织观察充分证实这一点.在每次保温后， 宽边晶界消失，全部是普通的细晶界这一试验结 果充分显示出晶态金厲材料的超塑性与宽边晶界 的密切关系不形成宽边晶界，就貝能产生高温下 的塑性形变而不会出现超塑性.1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All r

12、ights reserved, 第4期许晓嫦等:超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用 771430,Table 1 Xhrntion rf grain boundary with holding time when reheated at 430430 °C保温时间/min012345810晶界待征 宽界宽界宽界+细界宽界+细界细界+宽界细界细界细界4301994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第4期许晓嫦等:超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用 #1

13、994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第4期许晓嫦等:超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用 #rIaHe 2 kiflirnce of alternation rf 1 aiding and tempcmtiirc holding每次加栽后的伸长量/ mm3468不卸栽交替加栽 次数/次77540总延伸率/ %101123142156324*/ =430 C =1.63 X10*3s"1 中间保温时间为4inn图2硕铝交替加栽一保温后的显微组织(a)每次伸

14、长量4 mm (b)每次伸长量8 mmHg. 2 Niciustructure of dundium after altenialion of loading tenperature holding2.22.2.1静态再结晶与晶界的综合作用表3是以=1.67 X10 3 s- I (即每30 s伸长1 mm)进行延伸.当延伸至1、2、3、4、6和8 mm时, 停止变形卸载保温4 niin(完成静态再结晶).然 后再加载,再保温，如此反复直至拉断后所得的 数据.響賀栽的每呼呼的豊豐豎总逻伸率/ %TaHe 3 IVfornntioii of duraliuni after nnny loadin

15、* and tenipcmtire holding cycles141572286553127101416712362451428324156从表中可以看出试片拉断后的总延伸率随 每次加载的延伸率而改变,说明以超塑性应变速 度=1.67 X10-3s-'进行慢速延伸时，塑性形变 在金属内部产生的晶体缺陷可以积累但最大总 延伸率都小于200 % .说明都未发生超塑性形变, 属于髙温下的塑性变形图3是表1中交替加载 后的显微组织从图中可以看出所有晶粒都是细 小晶界虽然采用的应变速度能产生超塑性但因 采取加载+保温(完成再结晶)的交替加载工艺, 使试片不发生超坯性形变其延伸率是依靠高温 塑性

16、变形来实现的.2.2.2动态再结晶与晶界的综合影响采用三种应变速度进行超塑性变形所得结果 如图4所示，当以最佳的超塑性应变速度进行拉伸 时最大延伸率为439 % 显微组织为带宽边晶界的 等轴晶粒大小基本均匀如图4(“)所示当提高应 变速度约4倍时.总延伸率降至324 % .组织中出现 特别粗大的晶粒,晶界宽度变小如图4(b)所示.当 应变速度再提高一个数量级时总延伸率仅178 %, 巳不属于超塑性形变显微组织全部为细晶界且 特大号晶粒很多如图4(c)所示.由此可见在超塑 性形变和高温慢速塑性形变时不含或含少量第二 相颗粒的合金所发生的动态再结晶.引起晶粒粗 大且晶界细化，降低超塑性的延伸率.因

17、此认为 动态再结晶有利干提高超塑性延伸率的看法是不 全面的.动态再结晶不是超塑性变形的_种机制.1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第4期许晓嫦等:超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用 79图3硬钳每次加栽延伸率为4 %(a) .8%(b) J6%(c)和32 %(d)时.交替加栽后的显微组织Hg. 3 Nicrostructure of duaraliuin after alternative loading at stretch rate of each a

18、dd Load is 4 % (a) .8 % (b) ,16 %(c) and 32 % (d)金属科学与工艺987 6：69-71图4硬铝在430三种应变速度进行塑性变形后的显微组织(a)=2.78 XlO s'1=439%(b) * =1.67 X10 3s*'= 324%(c) " = 1.67 XlO 2s- 1=178%fig. 4 Miciostructure of duralium after sipcrplastic deformationat three strain rated at 430 *C3结论(1) 超塑性形变与晶界变宽有密切关系宽边晶界 属介稳界面可发生晶化变成细小的普通晶界.(2) 尽管应变温度和速度都适合产生组织超 塑性但是如果在形变过程中不形成宽边晶界则 超塑性难以产生.宽边晶界是由微晶和非晶态组成的流态化区 组织超塑性是瞬晶界流态化区的粘槪形来倾的.(4)不含或含少量第二相颗粒的合金中发生 的再结晶使形变过程中的晶界变细晶粒粗化, 不利于超塑性的产生因此动态再结晶不能认为 是超腿性的一种机制1许晓嫦 LY12超