第八章形变热处理.ppt
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1、第八章 形变热处理,8.1 热变形时金属的组织变化 8.2 时效型合金的形变热处理 8.3 马氏体型合金的形变热处理,概 述: 将塑性变形的形变强化与热处理时的相变强化结合,使成型工艺与最终性能统一起来。缺陷与相变相互作用! 在塑性变型中,合金内部缺陷(以位错为主)增加,且晶体缺陷分布发生改变 若有相变,则相变与缺陷的相互影响,不是简单的形变强化与相变强化的叠加,也不是任何变形与热处理的简单组合 形变热处理与常规热处理相比,具有高密度位错和亚结构(亚晶) 实质:亚结构强化,Yield strength: 400600MPa or higher for some aluminum alloys!
2、,An example: AA6061-Al-Mg-Si series Effect of thermomechanical treatment on alloy properties,SPD: 强变形 ARB: 多道叠轧 HRDSR: 高比值差分轧制,Different microstructures for AA6061 after different processes: 803K for 4hrWQ or FCHRDSR(-aging at 373K), with the roll surfaces was maintained at 413K through the whole HR
3、DSR process. FC: furnace cooling; HRDSR: High-ration differential speed rolling; WQ: water quenching. Ys=455MPa, UTS=489MPa Ref: W.J. Kim et al., Mater. Sci. Eng. A 520(2009),23-28.,EBSD images,AA6061: (a) FC-HRDSR (as received), (b) WQ-HRDSR, (c) WQ-HRDSR-aging at 373K for 48hr, (d) WQ-HRDSR-aging
4、at 373K for 48hr (RD-ND plane), (e) precipitates, and/or , (f) other particles! Ref: Mater. Sci. Eng. A 520(2009), 23-28.,8.1 热变形时金属的组织变化,变形速度、变形程度、温度不断变化; 合金、变形方式、设备-应力-应变图,热变形过程中与热变形完成后的结构变化 动态回复:边加工边回复 动态再结晶:加工与再结晶同时发生 静态恢复与再结晶 亚动态再结晶:,回复与再结晶过程(造成一定软化),热变形中组织变化复杂,不是单纯再结晶:动态的! 热变形对应于位错可以攀移的温度:0.5T
5、m,动态回复,热变形时,回复机制:位错交滑移、攀移。多次动态多边化,使位错密度恒定。,位错密度急剧增加阶段-加工硬化大。稳定阶段,即回复导致的消失与加工导致的增加平衡。在热作用下,位错组合成亚晶即多边化(亚晶等轴状)。,775OC测定的Zr-0.7Sn合金在不同应变速率下的应力应变曲线(动态回复),亚晶平均直径D与温度、变形速率的关系:,可见:变形温度高、变形速率低,达到稳定变形阶段的应力越小,位错密度越小,生成的亚晶越粗!,775OC测定的Zr-0.7Sn合金在不同应变速率下的应力应变曲线(动态回复),775测定的Zr-0.7Sn合金在不同应变速率下的应力应变曲线(动态回复),高层错能金属热
6、变形时易发生位错交滑移和攀移,即易发生动态回复,例:Al, alpha-Fe, Mo, W, Alpha-Zr, Be, Zn等,这些金属即使大变形也难出现再结晶。添加低层错能原子将显著阻碍动态回复,有利于动态再结晶。,注意:冷变形中也可能产生动态回复,降低加工硬化系数,但难达到稳定变形阶段。冷变形时唯一的动态回复机制是位错交滑移,位错消失速率小,不能抵消位错增殖,因而位错密度不断增加。位错能攀移的温度T=0.5Tm。热变形温度高于此。,明显波浪:硬化与软化!,先硬化再软化;有平衡值。,动态再结晶,层错能低的合金:Cu, Ni, gama-Fe, Ag, Au, Pb, Co等热变形时易发生。
7、 变形速率小时,晶界弓出机制;速率大时亚晶长大。,波浪线:波峰对应再结晶开始,波谷对应再结晶结束。,随变形速率变化,曲线特征稍有变化:变形快时,应力达到一定值后下降。继续变形,流变应力降至再结晶状态与未再结晶状态的中间值并逐渐稳定。变形慢时则出现波浪变形段,周期大体相同,而振幅逐渐衰减!,热变形时,变形与再结晶同时发生,即新晶粒形核长大的同时还要变形,因此再结晶完成时晶内仍处于变形态,产生加工硬化。 晶界两侧位错密度有差别,但不大,晶界迁移慢。 动态再结晶后金属内部变形程度不均匀,流变应力高。 各晶粒内亚结构不均匀:再结晶新晶粒、回复、加工硬化态。 晶界锯齿、新晶粒出现在原始晶粒周围、等轴(不
8、同于动态回复) 溶质原子和第二相的作用分析:层错能和晶界可动性!,Question 1: How to determine the parameters for a deformation processing which makes the Al-base alloys dynamically recrystallize? Question 2: Analyze the factors which affect dynamic recrystallization of alloys.,热变形完成后的组织结构变化,缓冷时:位错密度减小,软化。该软化包括:静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶。 亚
9、动态再结晶是已开始的动态再结晶的继续。 热变形后合金不断冷却,组织变化规律复杂。软化的类型、动力学特征、对产品组织性能的影响与热变形中止的阶段有关。,回复,静态再结晶,亚动态再结晶,变形强化阶段,无静态再结晶 变形强化剧烈,足以引起静态再结晶 动态再结晶阶段但未稳定,亚动态再结晶 动态再结晶稳定阶段,无静态再结晶,再结晶孕育期,再结晶(软化)与热变形程度的关系,0.68%碳钢以1.3x10-3S-1的速率变形在 780时的应力应变曲线(a) 及该钢变形后在780 保温时间与软化程度的关系(b),变形程度C,静态回复软化;变形程度D,开始出现动态再结晶的变形程度;S为稳定变形阶段的变形程度。OA
10、BFGH为软化与应变的对应关系。,热轧过程的动态与静态再结晶示意图,工业生产中合金变形与软化情况,若道次压下量累积,可产生动态再结晶!,热挤压过程的动态与静态再结晶示意图,变形量大!若变形区仅有动态回复,则挤压后可能出现两种情况。若挤压时有动态再结晶,则可出现亚动态与静态再结晶。,层错能高,层错能低,时效型合金形变热处理工艺:低温;高温;综合;预形变,8.2 时效型合金的形变热处理,形变热处理的分类:按温度分高温和低温 按相变分时效性和马氏体型,时效型合金的形变热处理多用于有色合金 马氏体转变型的形变热处理用于各种有马氏体转变的合金(钢),8.2.1 低温形变热处理,在时效前进行冷变形。较高抗
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