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7.5 金属的热变形

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7.5 金属的热变形. 7.5 金属的热变形. 动态再结晶. 若在 再结晶温度以上 塑性变形时,虽然也产生了强化,但这种强化 又被 高温的再结晶过程 所抵消 。 温度 越高 ,再结晶的速度 越快 。当温度大大超过再结晶温度时,再结晶仅在几秒种,甚至几分之一秒内完成,此时的再结晶过程称为 动态再结晶 ---- 是在热变形的 同时 进行的再结晶。. 热加工. 在 高于再结晶温度 塑性变形时,即使发生金属的强化和加工硬化,但它将很快被动态再结晶消除,这样的工艺过程称为 热加工。. 冷加工. 低于 再结晶温度 时的压力加工(塑性变形)称为 冷加工 。. 7.5 金属的热变形.

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Presentation Transcript
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7.5金属的热变形

动态再结晶

若在再结晶温度以上塑性变形时,虽然也产生了强化,但这种强化又被高温的再结晶过程所抵消。温度越高,再结晶的速度越快。当温度大大超过再结晶温度时,再结晶仅在几秒种,甚至几分之一秒内完成,此时的再结晶过程称为动态再结晶----是在热变形的同时进行的再结晶。

热加工

在高于再结晶温度塑性变形时,即使发生金属的强化和加工硬化,但它将很快被动态再结晶消除,这样的工艺过程称为热加工。

冷加工

低于再结晶温度时的压力加工(塑性变形)称为冷加工。

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7.5金属的热变形

热加工

热加工时在金属内部同时进行着加工硬化与回复、再结晶的软化两个相反的过程,

动态回复

按性质分

动态再结晶

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7.5.1 动态回复与动态再结晶

7.5.5.1 动态回复

与冷变形时的应力—应变曲线不同,其特点:Ⅰ、曲线迅速上升,应变量很小。Ⅱ、曲线上升缓慢,开始均匀塑性变形,并发生加工硬化;Ⅲ、稳定变形阶段。变形温度越高,应变速率越低,流变应力越低。

动态回复阶段的应力-应变曲线(工业纯铁,700℃)

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7.5.1 动态回复与动态再结晶

动态回复机制

动态回复常出现在层错能高的金属材料中,如Al及其合金、工业纯铁等。因为层错能高,位错的交滑移及攀移易于进行。在一定变形温度下,位错增殖引起的硬化与位错运动后发生的异号位错抵消而引起的软化过程同时存在。可见,在纤维状晶粒内有等轴状的亚晶粒(胞状亚结构),这种组织比再结晶组织强度高。

铝在400℃ 挤压形成的动态回复压晶

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7.5.2 动态再结晶的应力—应变曲线

(1)曲线起始部分的加工硬化率(曲线斜率)随应变速率 的降低而减小。

25号钢在1100℃热变形时的应力应变曲线(a), 其特点

(2)在低应变速率下 ,应变达到一定值后开始动态再结晶,出现硬化 软化交替进行的波浪形曲线,并逐渐衰减至应力稳定。

(3)高应变速率下 ,再结晶开始

后,变形应力下降且变为恒定。变形温度越高,应变速率越低,其稳恒态的变形应力值越低(图b所示)。

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7.5.2 动态再结晶的应力—应变曲线

动态再结晶机制

(1)动态再结晶常出现在层错能较低的材料中,如γ-Fe,Cu及其合金,Ni及其合金等。位错交滑移和攀移比较困难,会在局部区域积累足够高的储存能,而诱发再结晶形核。通过新晶粒的长大,位错大量解体或消失,使金属软化。

(2)动态再结晶后的晶粒中,存在着位错变形胞,图。最终的再结晶晶粒比静态再结晶晶粒要细的多。

(3)热变形终止后,材料仍处于高温,已发生动态再结晶的材料,很容易发生静态再结晶,而静态再结晶的晶粒尺寸比动态再结晶晶粒尺寸大(约一个数量级),这是热加工造成混晶的重要原因。

镍在934℃变形时动态再结晶形成的再结晶晶粒中缠结位错亚结构(透射电子显微组织)

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7.5.2 热变形引起组织性能的变化

形成流线,出现各向异性

在热变形中,由于枝晶偏析、夹杂物、第二相等随组织变形而伸长,沿变形方向分布,此种组织称为流线。

不正确

正确

吊钩中的流线分布(左)正确(右)不正确

低碳钢热加工后的流线

流线使金属力学性能出现各向异性,沿变形方向与横着变形方向性能不同,沿变形方向具有较高的力学性能,特别是塑性和韧性。

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7.5.2 热变形引起组织性能的变化

铁素体

珠光体

热变形后亚共析钢中的铁素体和珠光体成条带状分布,称为带状组织。

形成带状组织

热轧低碳钢板的带状组织

带状组织也会使材料产生各向异性。

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7.5.3 超塑性

某些材料在特定条件下进行拉伸时,能获得特别大的均匀塑性变形,其伸长率可达200~1000%,而不致过早产生缩颈和断裂,这种现象称之为超塑性。

超塑性

组织超塑性(即微晶超塑性)

超塑性

相变超塑性

从工业应用现状看,研究最多的是微晶超塑性。

微晶超塑性的变形特征

金属具有超塑性时,其流变应力(σ)与应变速率( )之间有下面经验关系:

k-常数; m-材料的应变速率敏感性系数。

m反映了材料拉伸时抗颈缩的能力,是评定材料潜在超塑性的重要参数。超塑性时,m≈0.5,而一般金属材料m=0.01~0.04之间。

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7.5.3 超塑性

  • 没有明显的晶内滑移及位错密度的提高。
  • 变形后的晶粒仍为等轴状。
  • 在抛光了的试样表面不会出现滑移线。
  • 无明显织构。
  • 在超塑性拉伸时会产生空穴。

超塑性显微组织特征

  • 具有细小等轴晶粒的两相组织(d<10μm)。
  • 变形在一定的温度范围0.5~0.65Tm。
  • 较小的应变速率(约为1~0.01%·S-1)。

实现超塑性的条件

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7.5.3 超塑性

由于超塑变形时,表面不出现滑移线,也无变形亚晶,说明变形不靠滑移完成。多数人认为,超塑性变形与晶粒间界的相对滑动和回转有关,较高温度下的晶界粘性流动可产生很大的变形。(示意图-see教材)

超塑变形机制

超塑性变形的优点

由于延展性非常好,形状复杂的零件可一次成型。

由于变形时没有弹性应变,尺寸精度非常高。

变形抗力小,温度低,对模具材料要求不高。

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复习题

作业

  • 98. 动态再结晶
  • 99. 热加工和冷加工的区别
  • 100. 何谓超塑性?
  • 101. 实现超塑性的条件
  • 超塑性显微组织特征
  • P279页例7.5.1.
  • P279页例7.5.2
  • P279页 习题2、习题3
  • P280页习题4、6、11、
  • P280页复习思考题1-14;