材料成型金屬學ch07-2金屬在塑性加工中組織與性能變化的基本規(guī)律

1、7.3金屬在熱加工中組織性能的變化金屬在熱加工中組織性能的變化7.3.1熱加工的特點熱加工的特點v優(yōu)點 變形抗力塑性變形量 控制T、Nc、t 組織性能v缺點 尺寸精度表面光潔v與冷加工區(qū)別：硬化(Work hardening) 軟 化(recovery/recrystalliztion)同時出現(xiàn), 相互抵消，無加工硬化效應. 熱加工的軟化過程分以下幾種熱加工的軟化過程分以下幾種 動態(tài)回復動態(tài)回復dynamicrecovery 動態(tài)再結晶動態(tài)再結晶 dynamic recrystallization 亞動態(tài)再結晶亞動態(tài)再結晶 metadynamic recrystallization 靜態(tài)再結晶

2、靜態(tài)再結晶 static recrystallization 靜態(tài)回復靜態(tài)回復 staticrecoverySoftening process during hot rolling(a) High fault energy,50% (b) Low ,99% (d) Low ,99%7.3.2.熱變形中的軟化過程熱變形中的軟化過程動態(tài)回復dynamic recovery 微變形階段 加工硬化逐漸降低 穩(wěn)定變形階段 機制：通過位錯攀移climing,交滑移cross slip位錯脫釘實現(xiàn)影響因素： (1)變形溫度回復速率進入穩(wěn)定階段 早,變形應力 (2)溫度一定,應變速度進入穩(wěn)定階段晚, 變形應力

3、 (3)動態(tài)回復層錯能 stacking fault energy 高層錯能金屬Al ，-iron，low carbon steel 擴展位錯窄，易交滑移cross slip 攀移climb 亞晶中位錯密度儲存能不足以引 起動態(tài)再結晶易發(fā)生動態(tài)回復.動態(tài)再結晶dynamic recrystallization 高應變速度下，迅速升到峰值，然后 接近一穩(wěn)態(tài)，硬化軟化平衡，穩(wěn)定變形 階段。 應變速度溫度穩(wěn)定變形應力 低應變速率時重復發(fā)生動態(tài)再結晶 再結晶 形核長大 + 塑性變形 動態(tài)再結晶層錯能l層錯能低 黃銅brass-鐵iron 不銹鋼 stainless steel 擴展位錯寬難于定滑移.攀

4、移亞組織中位錯密度 動態(tài)再結晶l動態(tài)再結晶金屬純度purity 純度再結晶能力 溶質原子solute atom 彌散分布第二相粒dispersed second phase particle都會阻礙晶界遷移,使再結晶能力7.3.3.熱加工后的軟化過程熱加工后的軟化過程 熱變形間斷期間/熱變形后，金屬仍處于較高溫度 靜態(tài)回復static recovery 熱變形后內(nèi)能熱力學不穩(wěn)定狀態(tài) 靜態(tài)再結晶 熱變形后，T T再靜態(tài)再結晶無畸變等軸晶l影響因素:變形溫度上升Trs Trs 變形速率孕育期再結晶速度 合金元素和雜質原子阻礙晶界遷移， 延遲再結晶時間，細化晶粒亞動態(tài)再結晶熱變形過程中已形成但未長大

5、的動態(tài)再結晶晶核變形后長大，引起軟化，此過程稱為 特點:無孕育期 熱加工，不僅是一種成形手段，也是一種控制產(chǎn)品性能的手段。7.3.4.熱加工制品的機械性能熱加工制品的機械性能 亞結構強化 動態(tài)回復形成亞結構強度退火狀態(tài) 晶粒度的控制 動態(tài)再結晶組織/加速冷卻亞動態(tài)再結晶/ 靜態(tài)再結晶 帶狀組織 枝晶偏析.第二相.夾雜物沿主變形方向拉長 在顯微鏡下觀察到“帶狀組織”，肉眼觀察為“加 工流線” 材料各向異性 動態(tài)回復應力-應變曲線(a)應變速率一定(b)變形溫度一定材料的組織性能分析顯微鏡下的世界C-Mn steel鐵素體動態(tài)再結晶 recrystallization of ferrite背反射電

6、子衍射Electron back scatted diffraction ,EBSD 超細晶粒鋼 ultra-fine grained steel 普通碳鋼 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.