材料成型金属学ch07-2 金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律

1、7.3金属在热加工中组织性能的变化金属在热加工中组织性能的变化7.3.1热加工的特点热加工的特点v优点 变形抗力塑性变形量 控制T、Nc、t 组织性能v缺点 尺寸精度表面光洁v与冷加工区别：硬化(Work hardening) 软 化(recovery/recrystalliztion)同时出现, 相互抵消，无加工硬化效应. 热加工的软化过程分以下几种热加工的软化过程分以下几种 动态回复动态回复dynamicrecovery 动态再结晶动态再结晶 dynamic recrystallization 亚动态再结晶亚动态再结晶 metadynamic recrystallization 静态再结晶

2、静态再结晶 static recrystallization 静态回复静态回复 staticrecoverySoftening process during hot rolling(a) High fault energy,50% (b) Low ,99% (d) Low ,99%7.3.2.热变形中的软化过程热变形中的软化过程动态回复dynamic recovery 微变形阶段 加工硬化逐渐降低 稳定变形阶段 机制：通过位错攀移climing,交滑移cross slip位错脱钉实现影响因素： (1)变形温度回复速率进入稳定阶段 早,变形应力 (2)温度一定,应变速度进入稳定阶段晚, 变形应力

3、 (3)动态回复层错能 stacking fault energy 高层错能金属Al ，-iron，low carbon steel 扩展位错窄，易交滑移cross slip 攀移climb 亚晶中位错密度储存能不足以引 起动态再结晶易发生动态回复.动态再结晶dynamic recrystallization 高应变速度下，迅速升到峰值，然后 接近一稳态，硬化软化平衡，稳定变形 阶段。 应变速度温度稳定变形应力 低应变速率时重复发生动态再结晶 再结晶 形核长大 + 塑性变形 动态再结晶层错能l层错能低 黄铜brass-铁iron 不锈钢 stainless steel 扩展位错宽难于定滑移.攀

4、移亚组织中位错密度 动态再结晶l动态再结晶金属纯度purity 纯度再结晶能力 溶质原子solute atom 弥散分布第二相粒dispersed second phase particle都会阻碍晶界迁移,使再结晶能力7.3.3.热加工后的软化过程热加工后的软化过程 热变形间断期间/热变形后，金属仍处于较高温度 静态回复static recovery 热变形后内能热力学不稳定状态 静态再结晶 热变形后，T T再静态再结晶无畸变等轴晶l影响因素:变形温度上升Trs Trs 变形速率孕育期再结晶速度 合金元素和杂质原子阻碍晶界迁移， 延迟再结晶时间，细化晶粒亚动态再结晶热变形过程中已形成但未长大

5、的动态再结晶晶核变形后长大，引起软化，此过程称为 特点:无孕育期 热加工，不仅是一种成形手段，也是一种控制产品性能的手段。7.3.4.热加工制品的机械性能热加工制品的机械性能 亚结构强化 动态回复形成亚结构强度退火状态 晶粒度的控制 动态再结晶组织/加速冷却亚动态再结晶/ 静态再结晶 带状组织 枝晶偏析.第二相.夹杂物沿主变形方向拉长 在显微镜下观察到“带状组织”，肉眼观察为“加 工流线” 材料各向异性 动态回复应力-应变曲线(a)应变速率一定(b)变形温度一定材料的组织性能分析显微镜下的世界C-Mn steel铁素体动态再结晶 recrystallization of ferrite背反射电

6、子衍射Electron back scatted diffraction ,EBSD 超细晶粒钢 ultra-fine grained steel 普通碳钢 low carbon steelTi-Al Intermetallics- High strength / low density candidates materials for aerospace and automobile industry - Low ductility / not easily to be deformed Solution: Superplastic FormingExperimentalMaterial T

7、i3Al Nb alloy Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo (at%) Forged Treatment A 1200oC Treatment B 1200oC - 1100oCTi-24Al-Nb phase diagram B2 ordered cubic O ordered orthorhombic Ti3Al ordered hexagonaltrue strain 2.0elongation 100%As-received 0.2 Microstructural evolution (SEM A ) 980oC , 210-3s-10.81.2True strain0.2 0.50.8True strain0.8 0.8 Deformed microstructure (TEM A) 980oC , 2*10-3s-11.21.2True stress true strain curves at 980oC 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.