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            山西永鑫生锻造有限公司

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            山西永鑫生:锻造锻件时金属热加工状态的塑性变形

            发布时间:2019-09-19 点击数:764

                   在热塑性变形过程中,回复、再结晶与加工硬化同时产生,加工硬化不断被回复或再结晶所抵消,而使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态。


                   热塑性变形时的软化过程


                   热塑性变形时的软化过程与变形温度、应变速率、变形程度以及金属本身的性质等因素有关。主要的软化过程有:动态回复、动态再结晶、静态问复、静态再结晶、亚动态再结晶等。


                   1.动态回复与动态再结晶


                   动态回复是在锻造的热变形过程中发生的冋复。动态回复主要通过位错的攀移、交滑移来实现。对于铝及其合金、铁素体基体的钢以及密排六方金域锌、镁、锡等,它们的层错能较高,变形时扩展位错宽度窄、位错的交滑移和攀移容易进行,位错容场在附移面间转移,而使异号位错抵消,结果使位错密度降低,畸变能降低,不足以达到动态再结晶所需的能量。因此在热塑性变形中,即使变形量很大、变形温度远高于静态再结晶的温度,也只发生动态回复,不发生动态再结晶。动态回复是高层位错金厲热变形过程唯一的软化机制。


                   当高温变形金属只发生动态回复时,其组织仍为亚晶组织,金属中位错密度相当高,若立即进行热处埋,则能获得变形强化和热处理强化的双重效果,使工件与变形和热处理分开单独进行时相比,具有更好的综合力学性能。这种把热变形和热处理结合起来的方法称为高温形变热处理。



                   动态再结晶是在热变形过程中发生的再结晶,与静态再结晶一样。动态再结晶也是通过形核和生长来完成的。动态再结晶容易发生在层错能较低且有较大热变形程度的金属中,如铜及其合金、镍及其合金、金和银及其合金、γ铁、奥氏体不锈钢等金属。这是因为这类金属的层错能低,其扩展位错宽度大,不易进行位错的交滑移和攀移,动态回复的速率和程度都很低,材料中的一些局部区域会积累足够高的畸变能差,且由于动态回复不充分,所形成的胞状业组织尺寸较小、边界不规粮,胞壁还有较多的位错缠结,这种不完整的亚组织正好有利于再结晶形核、有利于动态再结品的发生。


                   金属动态再结晶的能力除了与金属的层错能高低有关外,还与晶界迁移的难易程度有关。金属越纯,发生动态再结晶的能力越强。当溶质原了固溶于金属基体时,会阻碍晶界的迁移,减慢动态再结晶的速率。弥散分布的第二相粒子能够阻碍晶界的移动,会遏制动态再结晶的发生。


                   在动态再结晶中,由于伴随着塑性变形,生长中的再结晶晶粒随即发生变形,动态再结晶不可能是无位变的晶粒,若能将这种组织保持下来,则锻造锻件所用的材料具有更高的强度和硬度。


                   动态再结晶后的晶粒度与变形温度、应变速率和变形程度等有关。降低变形温度、提高应变速率和变形程度,会使动态再结晶晶粒变小,而细小的晶粒组织具有更高的变形抗力。因此热加工通过控制变形时的温度、速度和变形,就可以调整变形件的晶粒度和力学性能。



                   2.静态回复与静态再结晶


                   在热变形的间歇时间或者热变形完成之后,由于金属仍处于高温状态,一般会发生以下三种软化过程:静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。


                   锻造锻件金属热变形时除少数发生动态再结晶情况外,会形成亚晶组织,提高内能,处于热力学不稳定状态。因此在变形停止后,若热变形程度不大,将会发生静态回复,若热变形程度较大,且热变形后金属仍保持在再结晶温度以上时,则将发生静态再结晶。静态再结晶进行得比较级慢,需要有一定的孕育期才能完成。在孕育期内发生静态回复。静态再结晶完成后, 重新形成无畸变的等轴晶粒。在热变形的间歇时间或者热变形完成的静态回复、静态再结晶,与金属冷变形后加热时所发生的回复和再结晶的机理是一样的。


                   对于层错能较低,在热变形时发生动态再结晶的金属,热变形后则迅即发生亚动态再结晶。所谓亚动态再结晶,是指热变形过程中已经形成的、但尚未长大的动态再结晶晶核,以及长大到中途的再结晶品粒被遗留下来,当变形停止后而温度又足够高时,这些晶核和晶?;峒绦ご?,此软化过程即称为亚动态再结晶。由于这类再结晶不需要形核时间,没有孕育期,所以热变形后进行得很迅速。由此可见,在工业生产条件下要把动态再结晶组织保留下来是很闲难的。


                   上述三种软化过程均与热变形时的变形温度、应变速率和变形程度以及材料的成分和层错能的高低、变形后的冷却速度等因素有关。利用这些因素可以控制变形体热加工后的组织和性能。



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