第6章 塑性加工過程的組織性能變化和溫度-速度零... -

1、第6章 塑性加工過程的組織性能變化 和溫度-速度條件§6. 1 塑性加工中金屬的組織與性能6. 1. 1 冷變形1冷變形的概念變形溫度低于回復(fù)溫度，在變形中只有加工硬化作用而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，通常把這種變形稱為冷變形或冷加工。冷變形時(shí)金屬的變形抗力較高，且隨著所承受的變形程度的增加而持續(xù)上升，金屬的塑性則隨著變形程度的增加而逐漸下降，表現(xiàn)出明顯的硬化現(xiàn)象。當(dāng)冷變形量過大時(shí)，在金屬達(dá)到所要求的形狀或尺寸以前，將因塑性變形能力的“耗盡”而發(fā)生破斷；因此，金屬的冷變形一般要進(jìn)行幾次，每次只能根據(jù)金屬本身的性質(zhì)與具體的工藝條件，完成一定數(shù)值的總變形量，而且在各道次冷變形中間，要將硬化的，不

2、能繼續(xù)變形的坯料進(jìn)行退火處理以恢復(fù)塑性。這種冷變形后退火，退火后又重復(fù)進(jìn)行冷變形的作業(yè)，稱為冷變形退火循環(huán)。圖6-1表示冷加工退火時(shí)性能變化情況?？梢姡‘?dāng)?shù)睦美渥冃瓮嘶鹧h(huán)可以將金屬加工到任意形狀和大小，以及任意程度的硬化和軟化狀態(tài)的制品?？沽沽λ苄运苄岳浼庸ぢ释嘶饻囟茸冃慰沽εc塑性圖6-1 冷加工-退火時(shí)性能變化（1）冷加工后性能 （2）退火后性能盡管冷變形增加了變形時(shí)能量的消耗、中間退火次數(shù)及隨之引起的其它輔助工作，但冷變形仍是制造許多材料的重要手段，特別是薄板和細(xì)絲生產(chǎn)。冷變形的優(yōu)點(diǎn)是制品表面光潔，尺寸精確、形狀規(guī)整精細(xì)；其次，可以得出具有任意硬化程度和軟化程度的產(chǎn)品，以滿足工業(yè)對

3、材料的不同要求，而這是熱變形很難實(shí)現(xiàn)的。順便指出，用退火工作來進(jìn)行對硬化材料的部分軟化以制取半硬、3/4硬等制品時(shí)，因?yàn)樵俳Y(jié)晶過程進(jìn)行很快，受爐溫的波動(dòng)很敏感，不如用冷變形以控制變形程度嚴(yán)格（特別是那些不可熱處理強(qiáng)化的金屬和合金）。2冷變形時(shí)金屬顯微組織的變化（1）纖維組織多晶體金屬經(jīng)冷變形后，用光學(xué)顯微鏡觀察拋光和浸蝕后的試樣，會(huì)發(fā)現(xiàn)原來等軸的晶粒沿著主變形的方向被拉長。變形量越大，拉長的越顯著。當(dāng)變形量很大時(shí)，各個(gè)晶粒已不能很清楚地辨別開來，呈現(xiàn)纖維狀，故稱纖維組織。圖6-2為冷軋變形前后的晶粒形狀的改變。冷變形金屬的組織，只有沿最大主變形方向取樣觀察，才能反映出最大變形程度下金屬的纖維組

4、織。晶粒被拉長的程度取決于主變形圖和變形程度。兩向壓縮和一向拉伸的主變形圖（DII）最有利于晶粒的拉長，其次是一向壓縮和一向拉伸（即D1圖）的主變形圖。變形程度越大，晶粒形狀變化的也越大。 圖6-2 冷軋前后晶粒形狀變化（a）變形前的退火狀態(tài)組織 （b）變形后的冷軋變形組織（2）亞結(jié)構(gòu)隨著冷變形的進(jìn)行，金屬中的位錯(cuò)密度迅速提高。經(jīng)強(qiáng)烈冷變形后，位錯(cuò)密度可由原來退火狀態(tài)的106107/cm2增至10111012/cm2。經(jīng)透射電子顯微鏡觀察，這些位錯(cuò)在變形晶粒中的分布是很不均勻的。只有在變形量比較小或者在層錯(cuò)能低的金屬中，由于位錯(cuò)難以產(chǎn)生交滑移和攀移，在位錯(cuò)可動(dòng)性差的情況下，位錯(cuò)的分布才是比較分

5、散和比較均勻的。在變形量大而且層錯(cuò)能較高的金屬中，位錯(cuò)的分布是很不均勻的。紛亂的位錯(cuò)糾結(jié)起來，形成位錯(cuò)纏結(jié)的高位錯(cuò)密度區(qū)（約比平均位錯(cuò)密度高五倍），將位錯(cuò)密度低的部分分隔開來，好像在一個(gè)晶粒的內(nèi)部又出現(xiàn)許多“小晶?！彼频?，只是它們的取向差不大（幾度到幾分），這種結(jié)構(gòu)稱為亞結(jié)構(gòu)。亞結(jié)構(gòu)實(shí)際上是位錯(cuò)纏結(jié)的空間網(wǎng)絡(luò)，其中高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)纏結(jié)形成了胞壁，而胞內(nèi)晶格畸變較小，位錯(cuò)密度很低。通常在10%左右的變形時(shí)，就很明顯地形成了胞狀亞結(jié)構(gòu)，當(dāng)變形量不太大時(shí)，隨著變形量的增大，胞的數(shù)量增多，尺寸減小，而壁的位錯(cuò)變得更加稠密，胞間的取向差也逐漸增加。如經(jīng)強(qiáng)烈的冷變形，胞的外形也沿著最大主變形方向被拉長，形

6、成大量的排列很密的長條狀的“形變胞”。亞晶的大小，完整的程度和亞晶間的取向差，隨材料的純度、變形量和變形溫度而異。當(dāng)材料含有雜質(zhì)和第二相時(shí)，在變形量大和變形溫度低的情況下，所形成的亞晶小，亞晶間的取向差大，亞晶的完整性差（即亞晶內(nèi)晶格的畸變大），在相反的情況下所產(chǎn)生的亞晶，其完整性好且尺度較大。冷變形過程中形成亞結(jié)構(gòu)是許多金屬（例如銅、鐵、鉬、鎢、鉭、鈮等）普遍存在的現(xiàn)象。一般認(rèn)為亞結(jié)構(gòu)對金屬的加工硬化起重要作用，由于各晶塊的方位不同，其邊界又為大量位錯(cuò)纏結(jié)，對晶內(nèi)的進(jìn)一步滑移起阻礙作用。因此，亞結(jié)構(gòu)可提高金屬和合金的強(qiáng)度。利用亞晶來強(qiáng)化金屬材料是措施之一。對于低層錯(cuò)能金屬，如不銹鋼和黃銅等，

7、由于擴(kuò)展位錯(cuò)很寬，位錯(cuò)靈活性差，這些材料中易觀察到位錯(cuò)的塞積群，不易形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。經(jīng)冷變形的金屬的其他晶體缺陷（如空位、間隙原子以及層錯(cuò)等）也會(huì)有明顯增加。（3）變形織構(gòu)多晶體塑性變形時(shí)，各個(gè)晶?；频耐瑫r(shí)，也伴隨著晶體取向相對于外力有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管由于晶界的聯(lián)系，這種轉(zhuǎn)動(dòng)受到一定的約束，但當(dāng)變形量較大時(shí)，原來為任意取向的各個(gè)晶粒也會(huì)逐漸調(diào)整，使取向大體趨于一致叫做“擇優(yōu)取向”。具有擇優(yōu)取向的物體，其組織稱為“變形織構(gòu)”。金屬及合金經(jīng)過擠壓、拉拔、鍛造和軋制以后，都會(huì)產(chǎn)生變形織構(gòu)。塑性加工方式不同，可出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。通常，變形織構(gòu)可分為絲織構(gòu)和板織構(gòu)。a. 絲織構(gòu)絲織構(gòu)系在拉拔和擠壓加

8、工中形成，這種加工都是在軸對稱情況下變形，其主變形圖為兩向壓縮一向拉伸。變形后晶粒有一共同晶向趨向與最大主變形方向平行。以此晶向來表示絲織構(gòu)。如圖6-3所示，金屬經(jīng)拉拔變形后其特定晶向平行于最大主變形方向（即拉拔方向）。形成絲織構(gòu)。實(shí)驗(yàn)資料表明，對面心立方金屬如金、銀、銅、鎳等，經(jīng)較大變形程度的拉拔后，所獲得的織構(gòu)為<111>和<100>。這兩種絲織構(gòu)的組成變化是與試樣內(nèi)雜質(zhì)、加工條件及材料內(nèi)原始取向有關(guān)。對體心立方金屬，不論其成分和純度如何，其絲織構(gòu)一般是相同的。經(jīng)過拉絲后的鐵、鋁、鎢等金屬具有<110>絲織構(gòu)。b. 板織構(gòu)板織構(gòu) 是某一特定晶面平行于板面

9、，某一特定晶向平行于軋制方向（圖6-4），因此，板織構(gòu)用其晶面和晶向共同表示。例如體心立方金屬，當(dāng)其（100）晶面平行于軋面，011晶向平行于軋向時(shí)，此板織構(gòu)可用（100）011來表示。據(jù)某些實(shí)驗(yàn)資料，面心立方金屬如銅、鋁、金、鎳等，其變形織構(gòu)為110<112>+112<111>+123<634>。體心立方金屬的硅鋼片，二次冷軋織構(gòu)為（100）011+（112）+（111）。 （a） （b） （a） （b）圖6-3 絲織構(gòu)示意圖 圖6-4 板織構(gòu)示意圖（a）拉拔前； （b）拉拔后 （a）軋制前； （b）軋制后具有冷變形織構(gòu)的材料進(jìn)行退火時(shí)，由于晶粒位向趨于一

10、致，總有某些位向的晶塊易于形核及長大，故往往形成具有織構(gòu)的退火組織，金相組織觀察為等軸的晶粒，但它們的取向又是一致的。這種退火后的擇優(yōu)取向，稱再結(jié)晶織構(gòu)。各類金屬主要滑移系，變形織構(gòu)及再結(jié)晶織構(gòu)，如表6-1所示。表6-1 各類金屬主要滑移系、變形織構(gòu)及再結(jié)晶織構(gòu)晶 格 類 型體心立方面心立方密排六方滑 移 系（110）111（111）110（0001）變形織構(gòu)（主要的）絲織構(gòu)板織構(gòu)110（100）110111，少量100（110） 112有時(shí)少量的（112）111（0001）（0001）與軋向接近20°再結(jié)晶織構(gòu)（易于產(chǎn)生的）絲織構(gòu)板織構(gòu)鎢絲110鉬絲100（110）001大變形量下

11、（001）110123 634（100）001（0001）少量（0001）從表6-1可看出，滑移系與變形織構(gòu)往往不同，這是由于當(dāng)變形程度較大時(shí)（一般是變形程度越大，越易產(chǎn)生織構(gòu)），產(chǎn)生了復(fù)雜的滑移所致。例如密排六方晶格金屬的滑移方向，開始時(shí)是110方向，當(dāng)變形程度大時(shí)，出現(xiàn)沿著20方向的雙滑移，兩者聯(lián)合作用的結(jié)果，即出現(xiàn)了沿著100的絲織構(gòu)，如圖6-5a所示。又如體心立方滑移系為（110）111，但其絲織構(gòu)為110，很少為100。因?yàn)樵诨泼妫?10）上有兩個(gè)可能的滑移方向111，當(dāng)產(chǎn)生雙滑移后，則由于兩者聯(lián)合作用的結(jié)果，合力方向?yàn)?10或100；但是110與111的夾角小，合力較大，故多半是

12、沿著110方向而形成絲織構(gòu)，如圖6-5b所示。冷變形金屬中形成變形織構(gòu)的特性，取決于變形程度，主變形圖和合金的成分與組織等等。變形程度越大，變形狀態(tài)越均勻，則織構(gòu)表現(xiàn)的也越明顯。主變形圖對產(chǎn)生織構(gòu)有決定性的影響。在軸對稱變形的情況下，如圓柱料的拉伸、通過?？椎睦z以及圓棒的擠壓等。因?yàn)槿叩闹髯冃螆D相同（均為DII），對于同一金屬材料，可能得到相同的絲織構(gòu)。一般軋制較寬的板材、帶式法生產(chǎn)帶材和通過矩形?？鬃杂蓪捳馆^小的扁帶的拉伸，由于三者的主變形圖都接近DII（因?yàn)槿叩膶捳沽慷己苄。士烧J(rèn)為橫向變形近似于零），所以對于同一金屬，也可得到相似的板織構(gòu)。合金元素對變形織構(gòu)的影響小，形成固溶體的合

13、金一般產(chǎn)生與純金屬相同的變形織構(gòu)，兩相合金，由于每個(gè)相的結(jié)構(gòu)不同，而各自有其本身的擇優(yōu)取向，其影響是使織構(gòu)的完整性受到削弱，兩相合金的織構(gòu)往往是以塑性好的相為主。當(dāng)兩相塑性差別比較大時(shí)，如Al-Si合金，難變形的晶體強(qiáng)烈地阻礙易變形晶體有規(guī)律的變形，而使織構(gòu)無法顯現(xiàn)出來。（a） （b）圖6-5 織構(gòu)與滑移系的相互關(guān)系（a）密排六方；（b）體心立方除以上所述，鐓粗時(shí)也可得到鐓粗織構(gòu)，深沖時(shí)可得到深沖織構(gòu)，其型式也取決于主變形圖，例如面心立方金屬的鐓粗織構(gòu)是110+100（雙織構(gòu)），體心鎢的是111+100，密排六方金屬，如鎂的是0001。應(yīng)指出，上面雖給出了織構(gòu)的晶向和晶面，但每個(gè)晶粒都轉(zhuǎn)到織構(gòu)

14、的取向只是一種理想情況，實(shí)際上晶粒只是趨向于這些取向，亦即它們的取向只能大體上在理想取向附近波動(dòng)。上述織構(gòu)取向只是對織構(gòu)的定性描述，而不能定量的說明產(chǎn)生織構(gòu)的程度，用極圖則對織構(gòu)作定量的描述（即用X射線衍射的方法來測定）。（4）晶內(nèi)及晶間的破壞在冷變形過程中不發(fā)生軟化過程的愈合作用，因滑移（位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)及其受阻、雙滑移、交叉滑移等），雙晶等過程的復(fù)雜作用以及各晶粒所產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)，造成了在晶粒內(nèi)部及晶粒間界處出現(xiàn)一些顯微裂紋、空洞等缺陷使金屬密度減少，是造成金屬顯微裂紋的根源。3冷變形時(shí)金屬性能的變化（1）物化性能a. 密度 金屬經(jīng)冷變形后，晶內(nèi)及晶冷變形后密度降至8. 886克/厘米3。

15、相應(yīng)的銅的密度是由8. 905克/厘米3，降至8. 89克/厘米3。b. 電阻 晶間物質(zhì)的破壞使晶粒直接接觸、晶粒位向有序化、間出現(xiàn)了顯微裂紋、裂口、空洞等缺陷致使金屬的密度降低，如圖6-6所示。青銅退火后密度為8. 915克/厘米3，經(jīng)80%晶間及晶內(nèi)的破裂，原子脫離其平衡位置，位錯(cuò)密度等，都對電阻的變化有明顯影響，前兩者使電阻隨變形程度的增加而減少，后者則相反，其結(jié)果使電阻隨變形程度變化的表現(xiàn)而不同。一般而言，冷變形使金屬電阻有所增加（約百分之幾），但增加的程度則隨金屬而異，例如冷變形量達(dá)82%的銅絲，比電阻增加2%，冷拔鎳絲增加8%，鉬增加18%；經(jīng)過冷變形量為99%的鎢絲，比電阻增加5

16、0%。另外，金屬經(jīng)冷變形后其電阻溫度系數(shù)下降。605040302010020406080LY12LF2LF21A1LF2A1LF21LY12延伸率，%；強(qiáng)度極限，×10MPa8.928.918.908.898.888.872040608010012密度，克/厘米3圖6-6 變形程度與密度的關(guān)系 圖6-7 幾種鋁合金的延伸率（虛線）和強(qiáng)度1青銅；2銅 極限（實(shí)線）與冷變形程度的關(guān)系曲線（其中LY12為淬火狀態(tài)）c. 化學(xué)穩(wěn)定性冷變形后，金屬的殘余應(yīng)力和內(nèi)能增加，從而使化學(xué)不穩(wěn)定性增加，耐蝕性能降低。例如，冷變形的純鐵在酸中的溶解速度要比退火狀態(tài)快；冷變形所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是造成金屬腐蝕（應(yīng)

17、力腐蝕）的一個(gè)重要原因，在實(shí)際應(yīng)用中是相當(dāng)普遍而又嚴(yán)重的問題，例如，冷加工后的黃銅，由于存在內(nèi)應(yīng)力，在氨氣、銨鹽、汞蒸氣以及海水中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕破裂（又稱“季節(jié)病”）；高壓鍋爐、鉚釘發(fā)生的腐蝕破裂等等。應(yīng)力腐蝕的主要防止方法就是退火，消除內(nèi)應(yīng)力。除此之外，冷變形還會(huì)使金屬的導(dǎo)熱性降低。如銅冷變形后，其導(dǎo)熱性降低到78%。冷變形還可能改變磁性。如鋅和銅，冷變形后可減少其抗磁性。高度冷加工后，銅可以變?yōu)轫槾判缘慕饘?，對順磁性金屬冷變形?huì)降低磁化敏感性等等。（2）力學(xué)性能由于發(fā)生了晶內(nèi)及晶間破壞，晶格產(chǎn)生了畸變以及出現(xiàn)第二、三類殘余應(yīng)力等，故經(jīng)受冷變形后的金屬及合金，其塑性指標(biāo)隨所承受的變形程度的

18、增加而下降，在極限情況下可達(dá)到接近于完全脆性的狀態(tài)。另外，由于晶格畸變、出現(xiàn)應(yīng)力、晶粒的長大、細(xì)化以及出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)等，金屬的抗力指標(biāo)則隨變形程度的增加而提高。金屬力學(xué)性能與變形程度的曲線稱硬化曲線，如圖6-7所示。生產(chǎn)中常利用這類關(guān)系曲線，生產(chǎn)不同硬化狀態(tài)的產(chǎn)品。金屬在冷變形時(shí)所消耗的能量，大部分轉(zhuǎn)變成熱能而散失了，其中一小部分（不超過總能量的10%），當(dāng)外力去除后，仍保留在金屬的內(nèi)部，被稱為金屬的儲(chǔ)存能（或殘留能）。金屬中的儲(chǔ)存能是以原子偏離其點(diǎn)陣平衡位置的位能形式存在的。即儲(chǔ)存能以點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)和層錯(cuò)的形式存在于金屬晶體中。冷變形金屬中的儲(chǔ)存能的多少，通常與下列因素有關(guān)：a. 金屬材料的內(nèi)在因

19、素在其它條件相同的情況下，幾種金屬的儲(chǔ)存能按下列順序而降低：鋯、鐵、鎳、銅、鋁、鉛。由此可見，金屬的儲(chǔ)存能是隨著熔點(diǎn)的降低而減少。此外，儲(chǔ)存能還與溶質(zhì)原子的多少、晶粒大小及第二相性質(zhì)有關(guān)。儲(chǔ)存能通常隨溶質(zhì)原子的增多而增大，隨晶粒度的減小而增高；隨第二相與基體變形的不協(xié)調(diào)性的增加而增加。b. 工藝條件一般來說，凡能引起加工硬化的因素，均能使儲(chǔ)存能增大。儲(chǔ)存能隨變形溫度的下降而增大（圖6-8）；隨變形速度的提高而增加，隨變形程度的增加而增加，隨不均勻變形程度的增大而增大。151052015105010203040畸變能畸變能占總功能分?jǐn)?shù)畸變能分?jǐn)?shù)，%圖6-9表示了儲(chǔ)存能所占總變形能的百分?jǐn)?shù)與變形量

20、的關(guān)系。當(dāng)變形量較大時(shí)，該比值變小。20015010050100200300400500-196室溫真應(yīng)變%圖6-8 Au-Ag合金拉拔加工時(shí)的儲(chǔ)存能 圖6-9 純銅冷加工后畸變能及畸變能 虛線測量值；實(shí)線計(jì)算值 分?jǐn)?shù)隨變形量的變化關(guān)系儲(chǔ)存能的存在，標(biāo)志著金屬經(jīng)冷成形后，內(nèi)能增加，自由能比變形前的甩增高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)地恢復(fù)到變形前狀態(tài)的趨勢。（3）織構(gòu)與各向異性金屬材料經(jīng)塑性變形以后，在不同加工方式下，會(huì)出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。由于織構(gòu)的存在而使金屬呈現(xiàn)各向異性。表6-2為一些常用金屬在100、111方向上的彈性模量與剪切模量的數(shù)值，由表可見，在不同結(jié)晶學(xué)方向上的力學(xué)性能是有差異的

21、。表6-2 一些金屬的力學(xué)各向異性金 屬彈 性 模 量 E剪 切 模 量 GE最大F最小G最大G最小晶向公斤/毫米2晶向公斤/毫米2晶向公斤/毫米2晶向公斤/毫米2鋁1117700100540010029001112500金11111400100420010041001111800銅11119400100230010077001113100銀11111700100440010044501111970鎢11140000100400001001550011115500鐵1112900010013500100118001116100（a） （b）105MPa軋向冷軋橫向0.80.81.61.20.4

22、0.41.21.6再結(jié)晶圖6-10 冷軋和再結(jié)晶銅片的彈性模量值 圖6-11 深沖件上的制耳J. Weerts對冷軋和再結(jié)晶銅板的彈性模量進(jìn)行了測定，并與理論值做了比較。如圖6-10所示，冷軋板為（110）11和（112）11織構(gòu)，退火后，為（100）001再結(jié)晶立方織構(gòu)。由圖可見，不同取向的彈性模量的理論值與實(shí)驗(yàn)值符合的較好。具有各向同性的金屬板材，經(jīng)深沖后，沖杯邊緣通常是比較平整的。具有織構(gòu)的板材沖杯的邊緣則出現(xiàn)高低不平的波浪形（圖6-11）。把具有波浪形凸起的部分稱為“制耳”。把由于織構(gòu)而產(chǎn)生的制耳現(xiàn)象稱為“制耳效應(yīng)”。沖壓后制品如產(chǎn)生制耳，必須切除。這樣不僅增加了金屬的損耗和切邊工序，

23、而且還會(huì)因各向異性使沖壓件產(chǎn)生壁厚不均勻，影響生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)上，必須設(shè)法避免“制耳效應(yīng)”的發(fā)生。為了避免各向異性，消除或減輕制耳效應(yīng)，可以通過恰當(dāng)?shù)剡x擇塑性加工變形工藝和退火制度，或者通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整化學(xué)成分來達(dá)到。一些研究者指出，不同壓下量和不同退火溫度對黃銅板的制耳效應(yīng)是有影響的。由于工藝制度不同，制耳可出現(xiàn)在離軋制方向45°處，60°或120°處，55°或120°處。一般情況是，最后退火溫度高，制耳大；成品前的最后一次中間退火溫度低，則制耳小。制耳的分布與黃銅的（111）極圖的取向強(qiáng)度位置基本相應(yīng)。同樣，銅板的退火溫度也影

24、響制耳位置的變化。鋁也有這樣的影響。冷軋后，相的變形結(jié)構(gòu)為（110）12+（112）11+（123）634。沖壓后形成與軋向成45°方向上的制耳。退火后鋁為立方織構(gòu)，則在與軋向成0°，90°制耳，如退火后為（100）001+（124）211織構(gòu)，則產(chǎn)生與軋向成30°和90°位置上產(chǎn)生制耳。當(dāng)變形織構(gòu)與退火織構(gòu)共存時(shí)，各向異性小。事物總是一分為二的，在某些情況，方向性也有好處，例如變壓器用硅鋼片含硅大約3%（重量百分?jǐn)?shù)）的鐵-硅合金，具有體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體組織。當(dāng)采用適當(dāng)?shù)臒彳?、中間退火、冷軋及成品退火工藝時(shí)，可以獲得所希望具有（011）100

25、織構(gòu)的板材。因?yàn)檠刂?00方向磁化率最大，如果將這種板材沿軋制方向切成長條，使織構(gòu)軸與磁場平行而堆垛成芯棒或拼成矩形鐵框，可得到磁化率最高的鐵芯。這樣一來，由于鐵損大大減少，可提高變壓器的功率；或者在一定的功率下，可以減小變壓器的體積。又如在使用條件下零件承受各向不同載荷時(shí)，若使材料的方向性特征與負(fù)載的特性相協(xié)調(diào)，則可提高零件的使用壽命。又如生產(chǎn)雷管紫銅帶時(shí)需要盡量避免方向性。過去在生產(chǎn)中，采用控制成品前的總變形程度不超過80%的方法，這樣加多了中間退火與酸洗工序，不但生產(chǎn)率低而且造成許多浪費(fèi)。后來經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐研究采取了熱軋后直接冷軋至成品的方法，使冷變形程度達(dá)99%以上，這時(shí)銅帶產(chǎn)生了（10

26、0）11和（112）11的變形織構(gòu)，然后采用低溫退火的合理終了退火制度，使之產(chǎn)生（100）001再結(jié)晶織構(gòu)。這樣一來，使再結(jié)晶織構(gòu)與變形織構(gòu)并存以抵償相互的不良作用，經(jīng)深沖及機(jī)械性能檢驗(yàn)，完全符合要求。另外，彈性合金也是利用織構(gòu)材料的各向異性來獲取優(yōu)異彈性元件例子，例如面心立方金屬111方向彈性模量E最大，故可以順111方向來截元件。可見利用一定的織構(gòu)，又是提高材料潛力的一個(gè)有效方法。6. 1. 2 熱變形1熱變形的概念所謂熱變形（又稱熱加工）是指變形金屬在完全再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形。一般在熱變形時(shí)金屬所處溫度范圍是其熔點(diǎn)絕對溫度的0. 750. 95倍，在變形過程中，同時(shí)產(chǎn)生軟化與硬化，

27、且軟化進(jìn)行的很充分，變形后的產(chǎn)品無硬化的痕跡。它與其它加工方法相比，如冷加工，具有自己一系列的優(yōu)點(diǎn)，諸如：（1）金屬在熱加工變形時(shí)，變形抗力較低，消耗能量較少。因?yàn)樵诟邷貢r(shí)，原子的運(yùn)動(dòng)及熱振動(dòng)增強(qiáng)，擴(kuò)散過程和溶解過程加速，使金屬的臨界切應(yīng)力降低；許多金屬的滑移系統(tǒng)數(shù)目增多，使變形更為協(xié)調(diào)；加工硬化現(xiàn)象因再結(jié)晶完全而被消除。（2）金屬在熱加工變形時(shí)，其塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向性減小。因?yàn)樽冃螠囟壬吆?，由于完全再結(jié)晶使加工硬化消除，在斷裂與愈合的過程中使愈合加速，以及為具有擴(kuò)散性質(zhì)的塑性機(jī)構(gòu)的同時(shí)作用創(chuàng)造了條件。但在熱變形溫度區(qū)間，視金屬的不同，塑性也可能有所波動(dòng)。例如，對碳錫來講，在80095

28、0區(qū)間會(huì)發(fā)生與的相變，使塑性有所下降。但就總體來說，在熱加工溫度范圍內(nèi)金屬的塑性要比冷變形和溫變形時(shí)高。（3）與冷加工相比較，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構(gòu)。這是由于在高溫下發(fā)生滑移的系統(tǒng)較多，使滑移面和滑移方向不斷發(fā)生變化。因此，在熱加工工件中的擇優(yōu)取向或方向性小。（4）在生產(chǎn)過程中，不需要像冷加工那樣的中間退火，從而可使生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)效率提高。（5）熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對產(chǎn)品某些組織與性能的要求。熱加工變形除具有上述優(yōu)點(diǎn)，使之在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用外，同其他加工方法相比也有如下的不足：（1）對薄或細(xì)的軋件，由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難。因此，目前

29、對生產(chǎn)薄的或細(xì)的金屬材料來講，一般仍采用冷加工（如冷軋、冷拉）的方法。（2）熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔。因?yàn)樵诩訜釙r(shí)，由于軋件表面生成氧化皮和冷卻時(shí)收縮的不均勻。（3）熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時(shí)均勻。因?yàn)闊峒庸そY(jié)束時(shí)，工件各處的溫度難于均勻一致。（4）不依賴熱加工提高材料強(qiáng)度。（5）有些金屬具有熱脆的不進(jìn)行熱加工。例如，在一般的鋼中含有較多的FeS ，或在銅中含有Bi時(shí)，在熱加工中由于晶界上由這些雜質(zhì)所組成的低熔點(diǎn)共晶體發(fā)生熔化，使晶間的結(jié)合遭到破壞，而引起金屬斷裂。確定熱變形的溫度范圍，最少需要該合金的相圖、塑性圖（圖6-12）及變形抗力隨溫度而變化的圖形（圖

30、6-13）等資料。T熔0.95T0.75T熔10030050070090097531沖擊韌性，公斤/毫米2圖6-12 確定熱變形溫度的必需資料（a）相圖；（b）塑性圖（HPb59-1）605550454035302520151050100200300400500600700800900100012345678910121314溫度，強(qiáng)度極限，×10MPa圖6-13 各種有色金屬、合金加熱溫度對強(qiáng)度極限的影響1 銅鎳合金；2鎳；3錫青銅QSn70.4；4LY11；5銅；6錳銅；7鋅；8鉛；9H68；10H62；11H59；12LY12；13MB5；14鋁根據(jù)合金相圖及塑性圖，可這樣來選

31、擇熱變形溫度范圍：（1）溫度的上限，大致取該合金熔點(diǎn)絕對溫度（Tm）的0.95倍，即應(yīng)比液相線低50左右。這樣可保證不會(huì)熔化，也可避免產(chǎn)生過度的氧化。若該合金中含有低熔點(diǎn)物質(zhì)，則應(yīng)比其熔點(diǎn)溫度稍低，以免易熔物質(zhì)的熔化破壞晶間聯(lián)系，造成變形材料的脆裂（有時(shí)晶間層內(nèi)僅有少量的低熔點(diǎn)成分，也可因溫度稍高而使變形金屬脆成小塊），從塑性圖看，最高溫度應(yīng)取在塑性最大的區(qū)域附近。（2）溫度的下限，是要求保證在變形的過程中再結(jié)晶能充分迅速地進(jìn)行，并且整個(gè)變形過程是在單相系統(tǒng)內(nèi)完成。若產(chǎn)生了相變，則因變形材料性能的不一致而顯著降低塑性。這里需要指出，對于某些合金，在相變溫度呈現(xiàn)塑性特別高的異?，F(xiàn)象超塑性，反而可

32、以承受極大的變形量。另外還應(yīng)注意，金屬和合金再結(jié)晶開始的溫度與金屬所承受的變形程度的大小有關(guān)，變形程度越大，開始再結(jié)晶的溫度越低?？紤]到上述一些情況，取熱變形溫度的下限，約在0. 7Tm左右，并且應(yīng)比相變線稍高。根據(jù)相圖確定了變形溫度范圍后，尚需用抗力圖來校正，應(yīng)設(shè)法保證整個(gè)熱變形過程是在金屬變形抗力最小的區(qū)間內(nèi)完成。在安排每道次變形的大小時(shí)，尚需參考第二類再結(jié)晶圖（即變形溫度、變形程度與晶粒大小的立體再結(jié)晶圖），選擇能保證獲取最小晶粒尺寸的道次變形量。為了獲取晶粒較細(xì)小的產(chǎn)品，對于多道次變形的熱變形作業(yè)，在最后道次時(shí)，一般應(yīng)將變形溫度降低到可以及時(shí)充分進(jìn)行再結(jié)晶，完工后的冷卻又不致再發(fā)生晶粒

33、長大的溫度，即熱變形的完工溫度（或終了溫度）應(yīng)選取稍高于開始再結(jié)晶的溫度（約0. 5Tm以上）。另外，也應(yīng)采用較大的終了變形程度以求再結(jié)晶后晶粒的尺寸最小。2熱變形對金屬組織性能的影響熱變形是在高于再結(jié)晶溫度條件下進(jìn)行，因此，不論在變形進(jìn)行的同時(shí)，還是變形終止后，金屬所具有的溫度都相當(dāng)高，變形金屬可及時(shí)產(chǎn)生充分的軟化，故經(jīng)過熱變形的產(chǎn)品，不顯示硬化的后果。（1）熱變形對鑄態(tài)組織的改造一般來說，金屬在高溫下塑性高、抗力小，加之原子擴(kuò)散過程加劇，伴隨有完全再結(jié)晶時(shí)，更有利于組織的改善。故熱變形多作為鑄態(tài)組織初次加工的方法。鑄態(tài)組織的不均勻，可從鑄錠斷面上看出三個(gè)不同的組織區(qū)域，最外面是由細(xì)小的等軸

34、晶組成的一層薄殼，和這層薄殼相連的是一層相當(dāng)厚的粗大柱狀晶區(qū)域。其中心部分則為粗大的等軸晶。從成分上看，除了特殊的偏析造成成分不均勻外，一般低熔點(diǎn)物質(zhì)、氧化膜及其它非金屬夾雜，多集結(jié)在柱狀晶的交界處。此外，由于存在氣孔、分散縮孔、疏松及裂紋等缺陷，使鑄錠密度較低。組織和成分的不均勻以及較低的密度，是鑄錠塑性差、強(qiáng)度低的基本原因。在三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)占優(yōu)勢的情況下，熱變形能最有效地改變金屬和合金的鑄錠組織。給予適當(dāng)?shù)淖冃瘟?，可以使鑄態(tài)組織發(fā)生下述有利的變化。a. 一般熱變形是通過多道次的反復(fù)變形來完成。由于在每一次道次中硬化與軟化過程是同時(shí)發(fā)生的，這樣，變形而破碎的粗大柱狀晶粒通過反復(fù)的改造而使之

35、鍛煉成較均勻、細(xì)小的等軸晶粒，還能使某些微小裂紋得到愈合。b. 由于應(yīng)力狀態(tài)中靜水壓力分量的作用，可使鑄錠中存在的氣泡焊合，縮孔壓實(shí)，疏松壓密，變?yōu)檩^致密的結(jié)構(gòu)。c. 由于高溫下原子熱運(yùn)動(dòng)能力加強(qiáng)，在應(yīng)力作用下，借助原子的自擴(kuò)散和互擴(kuò)散，可使鑄錠中化學(xué)成分的不均勻性相對減少。上述三方面綜合作用的結(jié)果，可使鑄態(tài)組織改造成變形組織（或加工組織），它比鑄錠有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，因而塑性和抗力的指標(biāo)都明顯提高。（2）熱變形制品晶粒度的控制在熱變形過程中，為了保證產(chǎn)品性能及使用條件對熱加工制品晶粒尺寸的要求，控制熱變形產(chǎn)品的晶粒度是很重要的。熱變形后制品晶粒度的大小，取決

36、于變形程度和變形溫度（主要是加工終了溫度）。第二類再結(jié)晶全圖，是描述晶粒大小與變形程度及變形溫度之間關(guān)系的。如圖6-14所示。根據(jù)這種圖即可確定為了獲得均勻的組織和一定尺寸晶粒時(shí)，所需要保持的加工終了溫度及應(yīng)施加的變形程度。0102090807060504020030035040045050002030908070504010602002503504004505003003002001003002001000晶粒直徑，微米晶粒直徑，微米變形程度，%變形程度，%變形溫度，變形溫度，302500（a） （b）由再結(jié)晶全圖可知，在完全軟化的溫度范圍內(nèi)加工這種合金時(shí)，為了獲得均勻細(xì)小的晶粒，其每道次的

37、變形量應(yīng)大于10%，同時(shí)，通過比較兩種情況下的再結(jié)晶圖，也可看出變形速度的作用，LY2的臨界變形程度，沖擊變形時(shí)（即變形速度大時(shí)）為28%，在壓力機(jī)上壓縮時(shí)（變形速度較小），增大10%。因此，在壓力機(jī)上加工這種合金時(shí)，應(yīng)采用比在鍛錘上加工時(shí)大一些的道次變形程度。圖6-14 第二類再結(jié)晶全圖（LY2）（a）在壓力機(jī)上壓縮 （b）在鍛錘下壓縮（3）熱變形時(shí)的纖維組織金屬內(nèi)部所含有的雜質(zhì)、第二相和各種缺陷，在熱變形過程中，將沿著最大主變形方向被拉長、拉細(xì)而形成纖維組織或帶狀結(jié)構(gòu)。這些帶狀結(jié)構(gòu)是一系列平行的條紋，也稱為流線。由于流線總是平行于主變形方向，因此流線即可推斷金屬加工過程。 形成纖維組織有各

38、種原因，最常見的是由非金屬夾雜或化合物所造成。這種夾雜物的再結(jié)晶溫度較高，在熱變形的過程中難于發(fā)生再結(jié)晶，同時(shí)在高溫下它們也可能具有一定的塑性，沿著最大延伸變形方向被拉長，因此完工后可以保持原來的被拉長狀態(tài)，形成連續(xù)的長帶（條）狀的纖維。纖維組織一般只能在變形時(shí)通過不斷地改變變形的方向來避免，很難用退火的方法去消除。當(dāng)夾雜物（或晶間夾雜層）數(shù)量不多時(shí)，可用長時(shí)高溫退火的方法，依靠成分地均勻化，和組織不均勻處的消失以去除。在個(gè)別情況下，當(dāng)這些晶間夾雜物能溶解或凝聚時(shí)，纖維組織也可以被消除。多相合金在熱變形時(shí)也會(huì)形成一定的帶狀結(jié)構(gòu)，這主要是由于各相的分布不均勻，它們的塑性變形能力也不同所致。圖6-

39、15 曲線中流線示意圖（a）鍛造制成 （b）切削制成金屬中的空穴（包括凝固時(shí)的縮孔和氣眼等），在變形時(shí)也會(huì)被拉長，當(dāng)變形量很大、溫度足夠高時(shí)，這些孔穴可能被壓緊、焊合，如果變形量不夠大，這些孔穴就形成了頭發(fā)狀的裂紋稱為“發(fā)裂”。顯著的纖維組織也能引起分層，使變形金屬得到層狀或板狀的斷口，例如HPb59-1，QA10-3-1.5的層狀斷口，消除的方法是鑄造時(shí)細(xì)化晶粒，改善鉛、Al2O3分布狀況，防止氧化吸氣以減少Al2O3的生成。纖維組織對材料性能是有影響的，一般是沿纖維方向的強(qiáng)度高于垂直方向的強(qiáng)度。其原因是在縱向斷面上，雜質(zhì)、第二相、缺陷等性脆、低強(qiáng)度部分的相對面積小。纖維組織的材料用作承受很

40、大載荷或承受沖擊和交變載荷的零件時(shí)要加以注意，應(yīng)使纖維出于合理的方位，盡可能使纖維方向符合承受重載荷的方向，即用流線方向承載。如圖6-15所示，鍛制的曲軸將比由切削方法所生產(chǎn)的曲軸有更高的機(jī)械性能。另外，熱變形時(shí)也可能同時(shí)產(chǎn)生變形織構(gòu)及再結(jié)晶織構(gòu)，它們使熱變形材料出現(xiàn)方向性。3熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶一般將熱變形過程中，在應(yīng)力狀態(tài)作用下所發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶過程稱為動(dòng)態(tài)的，以區(qū)別冷變形后退火過程中、熱變形的各道次之間以及熱變形后在空氣中冷卻時(shí)所發(fā)生的、屬于靜態(tài)的回復(fù)與再結(jié)晶過程。圖6-16示意地說明：金屬在熱軋和熱擠時(shí)，發(fā)生的軟化過程。其中（a）圖為高層錯(cuò)能金屬在熱軋加工率比較小時(shí)（50%），

41、只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)；（b）圖表示低層錯(cuò)能金屬，由于熱軋變形程度?。?0%），熱軋時(shí)，只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，隨后發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶；（c）圖表示高層錯(cuò)能金屬在擠壓變形程度大（99%）時(shí)，在擠壓中發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，出?？缀?，發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶；（d）圖表示低層錯(cuò)能金屬，在擠壓變形程度大（99%）時(shí)，在擠壓中發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。出?？缀?，發(fā)生靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。根據(jù)材料在變形中產(chǎn)生組織變化的不同，可將它們分為兩類：第一類有鋁及其合金，-鐵、鐵素體鋼和鐵素體合金以及鋅、錫等。一般認(rèn)為這些材料的堆垛層錯(cuò)能較大，自擴(kuò)散能較小。在高溫下、位錯(cuò)的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行，因此，可以認(rèn)為回復(fù)

42、是它們在熱變形過程中的唯一軟化機(jī)構(gòu)。這類材料的流變曲線如圖6-17a所示。隨著變形的增加，凈加工硬化率逐漸減少，最后趨近于零，流變應(yīng)力變?yōu)橐粋€(gè)恒定值，而相應(yīng)于此應(yīng)力的最小變形量為，第二類主要是銅、鎳、-鐵、Mg及其合金，區(qū)域提純的-鐵等。這些材料具有較低的層錯(cuò)能，其滑移面上的不全位錯(cuò)之間的層錯(cuò)帶（擴(kuò)展位錯(cuò)）較寬，這種相距較遠(yuǎn)的不全位錯(cuò)很難會(huì)聚成全位錯(cuò)，因而交滑移和攀移均很困難，故動(dòng)態(tài)回復(fù)的速度比較慢而不能在變形的瞬時(shí)內(nèi)完成，對加工軟化貢獻(xiàn)不大。但是，隨著變形量的增加，可產(chǎn)生足夠高的局部位錯(cuò)差值，可促使再結(jié)晶的發(fā)生，其流變曲線如圖6-17b所示。由圖可以看出，在變形的開始階段，應(yīng)力隨變形而增加，

43、達(dá)到某一峰值（對應(yīng)于此應(yīng)力的變形標(biāo)為）后，由于發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，流變應(yīng)力又下跌至某一恒定值（圖6-17b曲線1），這時(shí)加工硬化與動(dòng)態(tài)軟化達(dá)到平衡，這個(gè)狀態(tài)即為熱變形的平穩(wěn)態(tài)。在高溫或低速下，由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起軟化后，緊跟著又重新為硬化所取代，結(jié)果穩(wěn)定態(tài)被應(yīng)力隨變形而周期性波動(dòng)變化的曲線所代替，如圖6-17b曲線2所示。SSSmSm（a）（b）動(dòng)態(tài)回復(fù)靜態(tài)回復(fù)靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù)靜態(tài)再結(jié)晶靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（a）（b）（c）（d）圖6-16 金屬材料在熱軋和擠壓時(shí)的軟化過程 圖6-17 動(dòng)態(tài)流變曲線（a）回復(fù)型 （b）再結(jié)晶型（1）動(dòng)態(tài)回復(fù)金屬在熱變形時(shí)，若只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)的軟化過程，其應(yīng)力-應(yīng)變曲

44、線，如圖6-17a所示。曲線明顯地分為三個(gè)階段。第一階段為微變形階段。此時(shí)，試樣中的應(yīng)變速率從零增加到試驗(yàn)所要求的應(yīng)變速率，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈直線，當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力以后，變形進(jìn)入了第二階段，加工硬化率逐漸降低。最后進(jìn)入第三階段，為穩(wěn)定變形階段。此時(shí)，加工硬化被動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的軟化過程所抵消。即由變形所引起的位錯(cuò)增加的速率與動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的位錯(cuò)消失的速率幾乎相等。達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。因此，最后一段曲線接近于一水平線。為了證實(shí)動(dòng)態(tài)回復(fù)的存在，可采取高溫變形后立即觀察，或高溫變形后迅速冷卻以抑止靜態(tài)回復(fù)或靜態(tài)再結(jié)晶，然后在室溫下觀察。在組織中若看到回復(fù)亞晶，則可證明確實(shí)存在動(dòng)態(tài)回復(fù)過程。回復(fù)型材料的特點(diǎn)是

45、隨著變形量的增加，晶粒沿主應(yīng)形方向伸長。晶粒內(nèi)部也發(fā)生變化，在微小變形階段位錯(cuò)增殖，其密度由退火時(shí)的104105/毫米2提高到105106/毫米2，在屈服階段，位錯(cuò)密度變化不大。當(dāng)接近穩(wěn)定流動(dòng)階段時(shí)，位錯(cuò)密度達(dá)到一個(gè)平衡的（108109/毫米2）數(shù)值。在形變硬化時(shí)位錯(cuò)產(chǎn)生纏結(jié)并使晶粒構(gòu)成胞狀亞晶；當(dāng)?shù)诌_(dá)穩(wěn)定階段時(shí)，位錯(cuò)已排成列陣形成小角亞結(jié)構(gòu)了。穩(wěn)定流動(dòng)階段亞結(jié)構(gòu)的形態(tài)不再變化，盡管晶粒本身仍在被拉長或變扁，即使在大變形量下亞晶仍為等軸的。具有這種組織的材料的強(qiáng)度，比具有再結(jié)晶組織的材料高得多。將動(dòng)態(tài)回復(fù)的組織保持下來，已成功地用來提高建筑用鋁-鎂合金擠壓型材的強(qiáng)度。許多實(shí)驗(yàn)研究表明：1）發(fā)生

46、動(dòng)態(tài)回復(fù)有一個(gè)臨界變形程度，只有達(dá)到此值才能形成亞晶。形成亞晶的最低限度變形量與變形溫度和變形速度有關(guān)，它隨變形速度的增加，或變形溫度的降低而增大。2）當(dāng)變形達(dá)到平穩(wěn)態(tài)后，亞晶也保持一個(gè)平衡形狀。在低的變形溫度（0. 3 0. 6Tm）下，即使變形量很小，亞晶形狀是長條的；而在高的變形溫度（0.60.7 Tm）下，即使變形量很大，亞晶也能構(gòu)成等軸的形狀。3）亞晶間的取向一般分散在1070的寬廣范圍內(nèi)，而且和變形量、變形溫度關(guān)系不大。4）熱變形達(dá)到平穩(wěn)態(tài)后，亞晶的平均尺寸有一個(gè)平衡值，它又隨變形溫度的增加或變形速度的增加而下降。給定一個(gè)平穩(wěn)態(tài)屈服應(yīng)力，對應(yīng)有一個(gè)平均的亞晶尺寸。動(dòng)態(tài)回復(fù)過程與金屬

47、層錯(cuò)能密切相關(guān)。對于高層錯(cuò)能金屬（如鋁、鐵、低碳鋼等）。由于擴(kuò)散位錯(cuò)很窄，位錯(cuò)容易發(fā)生交滑移、攀移和容易從位錯(cuò)網(wǎng)中解脫出來，從而使異號位錯(cuò)相互抵消，使亞晶組織中的位錯(cuò)密度降低，使儲(chǔ)存能下降，不足以引起動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因此，這類金屬在熱加工中容易發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。胞狀亞組織的輪廓清晰，胞壁規(guī)整。溶質(zhì)原子通常能降低層錯(cuò)能，使擴(kuò)展位錯(cuò)變寬，使交滑移、攀移困難，因而會(huì)阻礙動(dòng)態(tài)回復(fù)增加了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的可能性。例如，在Zr-Sn合金中，Sn增加到5%時(shí)，堆垛層錯(cuò)能從240mJ/M2 減少到60mJ/M2，堆垛層錯(cuò)寬度從25b 增加到100b，所以在相同的溫度和應(yīng)變速度下，隨著Sn含量的增加，這些合金的平均亞晶尺寸從

48、3. 5m減小到0. 7m，這樣使動(dòng)態(tài)回復(fù)更加困難。（2）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的金屬，在熱加工溫度范圍內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖6-18所示。它不像只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線那樣簡單。該曲線在高應(yīng)變速度下，曲線迅速升到一峰值，隨后由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生而引起軟化，最后接近于平穩(wěn)態(tài)。此時(shí)硬化過程和軟化過程達(dá)到平衡即處于穩(wěn)定變形階段。在低應(yīng)變速度情況下，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈波浪形。每一波峰對應(yīng)一新的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的開始，此后由于軟化作用大于硬化作用，而使曲線下降。每一波谷則代表再結(jié)晶完結(jié)。如此反復(fù)進(jìn)行，就出現(xiàn)了波浪形的應(yīng)力應(yīng)變曲線，周期大致相同，但振幅逐漸減小。由此圖還可以看出，穩(wěn)定變形應(yīng)力隨應(yīng)變速度的減小而降

49、低。變形溫度升高也有類似的影響。由于在再結(jié)晶形核長大期間還進(jìn)行著塑性變形，再結(jié)晶新形成的晶粒在長大的同時(shí)也還在變形。所以在再結(jié)晶完成以后，每個(gè)晶粒仍處于形變狀態(tài)，其應(yīng)變能由中心向邊緣逐漸減小。當(dāng)位錯(cuò)密度增加到一定程度后，又開始新的再結(jié)晶。當(dāng)應(yīng)變速度高時(shí)，其再結(jié)晶的晶內(nèi)應(yīng)變能梯度是高的。在再結(jié)晶完成之前，晶粒中心的位錯(cuò)密度已經(jīng)達(dá)到了足以激發(fā)另一次再結(jié)晶的程度，新的晶核又開始形成并長大。因此，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上表現(xiàn)不出波浪形。這種狀態(tài)的組織使得流變應(yīng)力保持比較高的水平。10090807060504030201000.51.01.52.02.50.0011s-10.0037s-10.065s-10.4

50、s-11.1s-1Fe-0.25%C 1100真應(yīng)變2001501005000.10.30.50.7銅(99.999%)500韌銅500銅-9.5%鎳560真應(yīng)變圖6-18 發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的 圖6-19 三種銅材壓縮時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（流變曲線） 的應(yīng)力應(yīng)變曲線綜合大量研究結(jié)果指出，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)：1）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶要在很大的變形量下才能發(fā)生，即其“臨界變形程度”很大；2）和靜態(tài)再結(jié)晶相似，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶易于在晶界及亞晶界處形核；3）由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶“臨界變形度”比靜態(tài)再結(jié)晶的大許多，所以若在變形過程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，那么變形一停止馬上即能發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶而無需孕育期。開始時(shí)靜態(tài)再結(jié)晶以很高速度進(jìn)行，以

51、后隨時(shí)間的延長而減慢；4）發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶或變形過程中的靜態(tài)再結(jié)晶所需時(shí)間與溫度密切相關(guān)，一般而言，溫度愈高所需時(shí)間愈短。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒越小，變形抗力越高。變形溫度越高，應(yīng)變速度越低，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒就越大。因此，控制變形溫度、變形速度及變形量就可以調(diào)整熱加工材的晶粒大小與強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低的金屬及合金中（如銅、黃銅、-鐵、不銹鋼等）。由于它們的擴(kuò)展位錯(cuò)很寬，位錯(cuò)難于從位錯(cuò)網(wǎng)中解脫出來，也難于通過交滑移和攀移而相互抵消，變形開始階段形成的亞組織回復(fù)得很慢，此時(shí)，亞組織中位錯(cuò)密度很高，且亞晶尺寸很小，胞壁中有較多位錯(cuò)纏結(jié)，在一定的應(yīng)力和變形溫度條件下，當(dāng)材料在變形中儲(chǔ)存能積

52、累到足夠高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除與堆垛層錯(cuò)能有關(guān)外，還取決于晶界遷移的難易。金屬越純發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。例如，經(jīng)真空熔煉和區(qū)域提純的鐵能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而一般工業(yè)純度的鐵和鋼中就沒有觀察到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。固溶于合金中的溶質(zhì)原子，雖能減小回復(fù)的可能性，增加動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力，但溶質(zhì)原子能防礙晶界遷移，減慢動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的速度。彌散的第二相也能阻止晶界遷移，防礙動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。圖6-19就是一個(gè)典型的實(shí)例，在500的變形溫度下，當(dāng)壓縮的應(yīng)變速度是1. 8×10-2/S，真應(yīng)變?yōu)?. 1時(shí)，在99. 999%的純銅中，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶就開始了，流變應(yīng)力迅速下降。在很小的應(yīng)

53、變范圍內(nèi)，就達(dá)到了穩(wěn)定變形階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線變得平緩。在含氧0. 05%的韌銅中，由于彌散的Cu2O粒子阻礙晶界運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶滯后。在銅鎳合金中，可以看到更大的差別。加入9. 5%Ni大大減小了動(dòng)態(tài)回復(fù)的速度，加工硬化率比前兩者都高，直到達(dá)到0. 7時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶仍未得到充分發(fā)展。在奧氏體碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、工具鋼以及黃銅、蒙乃爾、鎳基高溫合金中都發(fā)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，其中合金元素起了延遲動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、增加強(qiáng)度的作用。在熱加工溫度較低時(shí)，一般不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，但導(dǎo)致韌性的降低。應(yīng)當(dāng)指出，熱變形結(jié)束后由于溫度還較高，組織會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化，即產(chǎn)生靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。熱加工后的靜態(tài)

54、回復(fù)，一般發(fā)生在變形量較小和變形速度低的熱變形之后，或者發(fā)生在靜態(tài)再結(jié)晶前的孕育期內(nèi)。熱變形時(shí)以動(dòng)態(tài)回復(fù)為主的金屬，變形后經(jīng)過一定的孕育期會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶；以動(dòng)態(tài)再結(jié)晶為主的金屬，變形后發(fā)生無孕育期的亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，這些都使變形后的金屬繼續(xù)軟化。因此，在工業(yè)生產(chǎn)條件下很難把動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織保持下來。6. 1. 3 塑性變形對固態(tài)相變的影響1應(yīng)力與變形的作用在應(yīng)力的作用下，可使相變溫度降低或使平衡狀態(tài)下為固溶體的合金，發(fā)生新相的析出。例如，.馬勞維茨卡雅等用直徑為3mm，化學(xué)成分為1. 0%C、1. 6%Cr、0. 3%Mn的鋼，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形，研究了塑性變形對奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的影響。發(fā)現(xiàn)塑性變形加速奧氏體的分解。在該扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，奧氏體轉(zhuǎn)變的數(shù)量在試樣的周邊層較多。金屬在塑性變形時(shí)，常伴隨有各種形式晶體點(diǎn)陣的畸變及應(yīng)力的不均勻分布，使金屬內(nèi)能增加、原子激活能提高，這樣就使金屬原子的互擴(kuò)散和自擴(kuò)散