《《控轧控冷》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《控轧控冷》PPT课件.ppt（91页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为 2.2 热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为 2.3 动态再结晶的控制 2.4 静态再结晶的控制,第二章 钢的奥氏体形变与再结晶,金属塑性变形后组织结构和性能均发生了很大的变化。金属的这种组织在热力学上处于不稳定的亚稳状态，如果对其进行加热，变形金属就能由亚稳状态向稳定状态转化，从而会引起一系列的组织结构和性能的变化。这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复 再结晶 晶粒长大,形变金属与合金在退火过程中的变化,回复和再结晶,回复：是指冷塑性变形的金属在（较低温度下进行）加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构
2、和性能的变化过程。再结晶：当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大，变成新的均匀、细小的等轴晶粒。这个过程称为再结晶。,显微组织的变化,回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。,性能变化,回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。,晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。,储存能变化,
3、回复中刃型位错的攀移及滑移,攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线脱离原来的滑移面。,多边化,多边化：刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列，形成位错墙（小角度亚晶界）的过程。,再结晶,无畸变的晶粒取代变形晶粒的过程,动态回复与动态再结晶,动态回复：在塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在塑性变形过程中发生的再结晶,动态回复,真应力-真应变曲线：I：微应变阶段II：动态回复的初始阶段III:稳态变形状态,动态再结晶,真应力-应变曲线：I：加工硬化阶段II：动态再结晶的初始阶段III:稳态流变状态,2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为,热塑性变形过程中或变形之后的钢组织的再结晶在控制轧
4、制中起决定作用，奥氏体晶粒的细化是控制轧制的基础，是本课的重点。热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程的矛盾统一。,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线与材料结构变化示意图,真应力一真应变曲线由三个阶段组成,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第一阶段。当塑性变形小时，随着变形量增加变形抗力增加，直到达到最大值。在这一阶段，金属发生塑性变形，位错密度不断增加，可以从原始退火状态时的106 107cm2达到屈服极限时的107 108cm2。以后随着变形量增大位错密度继续增加，这就是材料的加工硬化，造成变形应力不断增加达到峰值，这是热加工过程奥氏体结构发生变化的一个方面。,I：动态回复阶段,
5、奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,另一方面，由于材料在高温下变形，变形中产生的位错能够在热加工过程中通过交滑移和攀移等方式运动，使部分位错消失，部分重新排列，造成奥氏体的回复。当位错重新排列发展到一定程度，形成清晰的亚晶界，称为动态多边形化。奥氏体的动态回复和动态多边形化都使材料软化。,I：动态回复阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,这就是奥氏体高温小变形时奥氏体结构发生变化的两个方面。由于位错的增殖速度相对说与变形量无关，而位错的消失速度则与位错密度绝对值有关。因此当变形量逐渐增大时，位错密度也增大，位错消失速度也随之增大，反映在真应力真应变曲线上随着变形量加大加工硬化速度减弱，但是总的
6、趋向在第一阶段加工硬化还是超过动态软化，因此随变形量增加变形应力还是不断增加的。,I：动态回复阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第二阶段。在第一阶段动态软化抵消不了加工硬化，随着变形量的增加金属内部畸变能不断升高，畸变能达到一定程度后在奥氏体中将发生另一种转变，即动态再结晶。动态再结晶的发生与发展使更多的位错消失，材料的变形应力很快下降。随着变形的继续进行，在热加工过程中不断形成再结晶核心并继续成长直到完成一轮再结晶，变形应力降到最低值。,II：动态再结晶阶段,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线线,从动态再结晶开始，变形应力开始下降，直到一轮再结晶全部完成并与加工硬化相平衡，变形应力不再下
7、降为止，形成了真应力一真应变曲线的第二阶段。,II：动态再结晶阶段,动态再结晶,发生动态再结晶所必需的最低变形量称为动态再结晶的临界变形量，以c表示。c几乎与真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量p相等，精确地讲c 0.83p，p 的大小与钢的奥氏体成分和变形条件(变形温度、变形速度)有关。曲线的最大应力值 p(或恒应变应力值s)、形变速度、变形温度T之间符合以下关系(21)式中A为常数；n为应力指数；Q为变形活化能；R为气体常数；T为绝对温度。动态再结晶发生时n为46，大多数为6。Q为自扩散激活能。,Zener-Hollomon因子,(22)Z为温度补偿变形速率因子，可表示 和T的各种组
8、合，是一个使用方便的因子。当变形温度愈低、变形速率；愈大时，Z值变大，即p、s大，动态再结晶开始的变形量c和动态再结晶完成的变形量s也变大，也就是说需要一个较大的变形量才能发生再结晶。,当Q不依赖于应力、温度时，p（或c）可用Zener-Hollomon因子Z来表示:,动态再结晶,动态再结晶是在热变形过程中发展的，即在动态再结晶形核长大的同时持续进行变形的。这样由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开始了新的软化过程（动态回复甚至动态再结晶）。因此就整个奥氏体来说，任一时刻在金属内部总存在着变形量由零到c 的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说
9、并不能完全消除全部的加工硬化。反映在真应力一真应变曲线上，就是在发生了动态再结晶后，金属材料的变形应力仍然高于原始状态（即退火状态）的变形应力。,奥氏体热加工的真应力-真应变曲线,第三阶段。当第一轮动态再结晶完成以后，在真应力一真应变曲线上将出现两种情况：一种情况是应力达到稳定值，变形量虽不断增加而应力基本不变，呈稳态变形。这种情况称为连续动态再结晶；另一种情况是应力出现波浪式变化，呈非稳态变形。这种情况称为间断动态再结晶。,动态再结晶的应力应变曲线,当cr时发生间断动态再结晶。一旦动态再结晶发生后不需要太大的变形量，奥氏体就全部完成了第一轮动态再结晶。由于cr，当第一轮再结晶全部完成时已再结
10、晶的晶粒内新承受的变形量都还达不到c，因而还不能立即发生第二轮动态再结晶，只有再继续变形使晶粒内的变形量达到c，第二轮动态苒结晶才开始发生。在两轮再结晶之间由于动态回复抵消不了加工硬化，应力值就要上升，因此真应力-真应变曲线上出现波浪形式。这种情况下动态再结晶是间断进行的。,动态再结晶的应力应变曲线,当cr时发生连续动态再结晶。动态再结晶发生后，随着变形的继续，一方面再结晶继续发展，另一方面已发生动态再结晶的晶粒又承受新的变形，这两个过程同时在进行着。由于cr，所以在奥氏体晶粒全部进行完第一轮再结晶之前，已经动态再结晶晶粒内就达到了c的变形量，开始发生第二轮的动态再结晶。,c是奥氏体发生动态再
11、结晶的临界变形量，要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变形。由动态再结晶产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量用r 表示。,动态再结晶的应力应变曲线,在奥氏体内几轮的动态再结晶同时发生，每一轮的动态再结晶又同时处在变形的不同阶段：有的刚开始，有的接近结束，奥氏体内部各个晶粒的变形量不同，有的是零，有的接近c。其结果反映出一个平均近似不变的应力值，在这种情况下奥氏体是连续不断的动态再结晶。,变形温度T和变形速度对c、r 都有影响，只是对r的影响比对c的影响大。也就是说，当T高或 低时cr，出现非稳态变形，间断动态再结晶。而当T低或 高时，cr，出现稳态变形，连续动态再结晶。,Q235钢变形条
12、件对真应力-真应变曲线的影响,工艺参数对c、r 的影响,2.2 热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为,热加工过程中的任何阶段都不能完全消除奥氏体的加工硬化，这就造成了组织结构的不稳定性。热加工的间隙时间里（如轧制道次之间）或加工后在奥氏体区的缓冷过程中将继续发生变化，力图消除加工硬化组织，使金属组织结构达到稳定状态。这种变化仍然是回复、再结晶过程，但是它们不是发生在热加工过程中，所以叫做静态回复和静态再结晶。,奥氏体在热加工间隙时间里应力-应变曲线的变化,y:奥氏体的屈服应力1:奥氏体达到变形量为1的屈服应力y:变形后恒温保持时间以后再次发生塑性变形的应力值则y1在两次变形间奥氏体软化的数量：
13、（1-y）与（1-y）之比，称为软化百分数，以x 表示之，则 x=（1-y）/（1-y）,软化百分数,x=（1-y）/（1-y）当x=1时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里消除了全部加工硬化，全部恢复到变形前的原始状态,y=y,就是全部静再结晶的结果。当x=0时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里没有任何的软化，因此y=1当0 x1时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里发生了不同程度的回复与再结晶。,变形量对奥氏体在热加工间隙时间里软化行为的影响,c是奥氏体发生动态再结晶的临界变形量，要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变形。p是真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量。s是产生静态再结晶的最小
14、变形量（静态再结晶的临界变形量）。f 是再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。,（1）当1小于s 时（a点，a曲线）曲线a表示了两次变形间隔时间里软化的情况与软化的速度。曲线表明变形一停止软化就立即发生，随时间的延长软化百分数增大，当达到一定程度后软化停止，这个过程大约在100s内完成。仅仅软化了30，还有70的加工硬化不能消除。这种变化有如冷加工的退火阶段，称为静态回复。静态回复可以部分减少位错未消除的加工硬化对下次变形有迭加作用。如果这是最后一次变形，那么在急冷下来的相变组织中仍能继承高温形变的加工硬化结构。,（2）当s1 c时（b点，b曲线）曲线表明第一阶段的静回复软化用了
15、100s时间。软化率达到45。如果继续保持高温，经过一段潜伏期后即进入第二阶段的软化，即静态再结晶。静态再结晶可以使软化百分数达到x=1，全部形成了新的无位错的晶粒。如果再次变形，真应力-真应变曲线恢复到原始状态。这里把产生静态再结晶的最小变形量s称为静态再结晶的临界变形量。,（3）当c1 f 时（c点，c曲线）曲线c表示变形在动态再结晶开始后的某一个阶段停止的软化情况。曲线被分为三个阶段。第一个阶段是静态回复阶段；第三个阶段是经过一个潜伏期后的静态再结晶阶段；中间的那段可以认为是由于原来动态再结晶核心的继续长大，这个过程几乎不需要潜伏期，可以称为次动态再结晶或亚动态再结晶，其特点象没有潜伏期
16、的静态再结晶。,（4）当f 1 时（d点，d曲线）d点表示变形应力超过最大应力达到正常应力部分（变形应力稳定阶段），动态再结晶晶粒维持一定的大小和形状，此时加工硬化率和动态再结晶的软化率达到平衡，在这种变形量下停止变形，保持变形的高温，材料的软化过程如d由线。在动态再结晶的基础上软化开始，由于动态再结晶的组织中有不均匀位错密度，变形一停止马上就进入静态回复阶段，接着就是次动态再结晶阶段。曲线d上不出现平台，仅出现拐点，这也表明次动态再结晶不需要潜伏期。由于这个阶段的热加工变形量很大，发生的动态再结晶的核心很多，形变停止后这些核心很快继续长大，生成无位错的新晶粒，消除全部加工硬化，所以不发生静态
17、再结晶的软化过程。,变形量与三种静态软化类型的关系,区表示静态回复软化区表示亚动态再结晶软化区表示静态再结晶软化阴影区ABCD是“禁止带”，表示在小于s的变形量下变形，在变形的间隔时间里只发生静态回复，局部地区由于形变引起晶界迁移而产生粗大晶粒，这是不希望发生的。,2.3 动态再结晶的控制 一、动态再结晶发生的条件二、动态再结晶的组织特点,动态再结晶,动态再结晶是在热变形过程中发展的，即在动态再结晶形核长大的同时持续进行变形的。这样由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开始了新的软化过程（动态回复甚至动态再结晶）。因此就整个奥氏体来说，任一时刻在金属内部总存在着
18、变形量由零到c 的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说并不能完全消除全部的加工硬化。反映在真应力-真应变曲线上，就是在发生了动态再结晶后，金属材料的变形应力仍然高于原始状态（即退火状态）的变形应力。,一、动态再结晶发生的条件,当Z一定时，随着加工程度的增大，材料组织发生由动态回复部分动态再结晶完全动态再结晶的变化。当加工程度一定时，随着Z的变大，材料组织发生由完全动态再结晶部分动态再结晶动态回复的变化。也就是一定时，在某一Z值以上得不到动态再结晶组织，这个Z值就为Z的上临界值Zc，应该指出，Zc值是随加工程度而变的，愈大Zc愈大，即在较大的Z值下也能产生动态再结晶。因此动态再
19、结晶能否发生，要由Z和来决定。,五种钢的动态再结晶图,由于变形温度T（即Z参数）和变形量的变化，热变形奥氏体可以分别处于加工硬化、部分动态再结晶和完全动态再结晶状态。Z参数愈小（即T愈高）则愈易发生动态再结晶，再结晶临界变形量就愈小。,试验条件下 10s-1,五种钢的动态再结晶图,前4种钢的动态再结晶的难易程度大体相当，仅12MnTiNb钢的动态再结晶发生比较困难，要在较低的Z参数下才能发生。这说明钛和铌具有强烈阻碍动态再结晶的作用。,试验条件下 10s-1,一、动态再结晶发生的条件,国内的测定数据表明，碳钢、低合金钢在 1000时真应力一真应变曲线出现峰值，即能发生动态再结晶。厚板轧制时因变
20、形速率大（10s-120s-1）故Z值大，大于通常在一道次变形量下(1020)的Zc值，因而不能发生动态再结晶。,一、动态再结晶发生的条件,材料的初始晶粒尺寸D0也影响动态再结晶的产生。Z一定时，D0愈小，愈能在较低的下产生动态再结晶。亦即随着D0的减小，产生动态再结晶的加工范围变大。,二、动态再结晶的组织特点,动态再结晶是一个混晶组织。其平均晶粒尺寸D只由加工条件Z来决定，Z和D之间的关系符合Z=AD-m关系，Z愈大（即变形温度低、变形速率大）则D愈小（图中m2.4）。并且D与初始晶粒尺寸D0无关。,二、动态再结晶的组织特点,动态再结晶晶粒细化的唯一条件是提高Z值。然而动态再结晶的发生又必须
21、使Z值小于Zc值，那么要得到细小的晶粒就必须尽可能提高Zc，而Zc是与、D0有关的。变大Zc变大，D0变小Zc变大。因而、D0变化，在同一变形温度、变形速度下(即Z值不变)所得到的D是相同的，但是、D0的变化可使发生动态再结晶的上临界值Zc上升，因而有可能采用大的Z值仍能发生动态再结晶，并得到小的D值。,二、动态再结晶的组织特点,研究表明，动态再结晶的平均晶粒尺寸D在一定变形量范围内还与变形量有关。由于变形量不同，奥氏体再结晶晶粒经受过的变形周期次数不同，所以最终动态再结晶晶粒大小不同。只有当形变量达到一定程度后(即应力达到稳定值的变形量)，才能使动态再结晶晶粒达到在该Z参量条件下的极限值。只
22、有这时动态再结晶晶粒大小才不随变形量而变，仅取决于Z参数。,动态再结晶组织是存在一定加工硬化程度的组织。因此在平均晶粒尺寸相同时，动态再结晶组织比静态再结晶组织有更高的强度，而且动态再结晶组织中的较高密度的位错网当转变成马氏体后可塞积于马氏体中，因而提高了材料的韧性。,2.4 静态再结晶的控制,热加工的静态再结晶是在变形后发生的，是利用热加工的余热进行的，它与冷加工后再结晶的区别在于不需要重新加热。,一、静态再结晶的形核机构二、静态再结晶的临界变形量三、静态再结晶速度四、静态再结晶的数量五、静态再结晶晶粒的大小六、保温中奥氏体晶粒的长大,2.4 静态再结晶的控制,一、静态再结晶的形核机构,再结
23、晶晶核由亚晶成长机构和已有晶界的局部变形诱发迁移凸出形核产生。有报告认为在Si-Mn钢和HSLA（高强度低合金钢）钢中前一种机构起主要作用，后一种机构起次要作用。,一、静态再结晶的形核机构,晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中,变形不均匀，位错密度不同。,一、静态再结晶的形核机构,晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中,亚晶界凸出形核，凸向亚晶粒小的方向,一、静态再结晶的形核机构,亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中,适于高层错能金属，相邻亚晶粒上的某些位错，通过攀移和滑移，转移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，然后通过原子扩散和位置的调整，终于使两个或更多个亚
24、晶粒的取向变为一致，合并成一个大晶粒,一、静态再结晶的形核机构,亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中,适于低层错能金属，通过亚晶合并和亚晶长大（通过亚晶界的移动），使亚晶界与基体间的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成为再结晶的核心,一、静态再结晶的形核机构,静态再结晶的形核部位优先在三个晶界的交点处产生，其次在晶界处发生，通常不发生在晶内。只有在低温大变形量下，在晶内形成非常强的变形带后，才能在晶内的变形带上形核。同时由于变形的不均匀性（它既可以是由于动回复和静回复不能完全消除加工硬化引起的，也可以是由于动态再结晶不完全所引起的），静态再结晶晶核的形成也是不均匀的，因此容易产生初期的大
25、直径晶粒。,一、静态再结晶的形核机构,再结晶的驱动力是储存能。它是以结构缺陷所伴生的能量方式存在。影响储存能的因素可以分为两大类：一类是工艺条件，其中主要是变形量、变形温度、变形速度；另一类是材料的内在因素，主要是材料的化学成分和冶金状态等。,一、静态再结晶的形核机构,储存能随变形量的增加而增加，但其增加速率逐渐减慢，有趋于饱和的趋势。增加变形温度和降低变形速度对储存能的影响方向是一致的，都是由于加工硬化程度降低而使储存能减少。在相同条件下变形的金属，储存能将随金属熔点的降低而减小(只有银例外)。使金属强化的第二相和固溶体中溶质含量的增加都使储存能增加。在其它条件相同的情况下，细晶粒比粗晶粒的
26、储存能高。,二、静态再结晶的临界变形量,热变形后的静态再结晶不是无条件发生的。在一定的变形温度和变形速度下，为了使静态再结晶发生，给以某一个临界值以上的变形量是必要的，这个临界值就称为静态再结晶的临界变形量s。变形温度、原始奥氏体晶粒度、微合金元素对临界变形量的影响变形后的停留时间对临界变形量的影响,变形温度、原始奥氏体晶粒度、微合金元素对临界变形量的影响,Si-Mn钢的临界变形量小，原始晶粒度和变形温度的影响也小。而Nb钢中轧制温度的影响大，随着轧制温度降低，临界变形量急剧增大，以至在950以下静态再结晶实际上不可能发生。,另外，原始晶粒直径大，临界变形量也大。Nb钢与Si-Mn钢相比，Nb
27、钢的再结晶临界变形量明显增大。,变形后停留时间对临界变形量的影响,变形后停留时间长，再结晶所需要的临界变形量就小。,三、静态再结晶速度,热加工后奥氏体回复、再结晶的速度主要取决于奥氏体内部存在的储存能的大小、热加工后停留温度的高低、奥氏体成分和第二相质点大小等。金属在变形后的停留时间里，首先发生回复过程，储存能逐步被释放出来，约占总储存能的（前者为纯金属的数据，后者为某些合金的数据），直到发生再结晶，储存能全部被释放。,三、静态再结晶速度,再结晶速度用再结晶百分数与时间的关系曲线表示。其特征是经过一段潜伏期后形成一条S形曲线，可见再结晶百分数是随时间的延长而增加的，一般再结晶百分数与时间关系为
28、x=1-exp(-Ktn)(2-4)式中K为常数，n为与形变再结晶温度有关的一个常数，t为恒温保持时间，x为再结晶体积百分数。,三、静态再结晶速度,当奥氏体成分一定时，增加变形量、提高变形速度、提高变形后的停留温度都将提高回复和再结晶的速度，而奥氏体中的微量元素将强烈地阻止再结晶的发生。,当变形量为30时，碳钢在900下静态再结晶在很短时间内就全部完成了，只有在变形温度850时静态再结晶速度才开始变慢。而Nb钢在950以下发生静态再结晶就相当困难了。该图还表明，当再结晶完成50左右时，再结晶速度最快。,四、静态再结晶的数量,静态再结晶从开始到全部结束是一个过程。在此过程中再结晶的数量将随着变形
29、量、变形温度和变形后的停留时间而变化。图2-15显示含钛16Mn钢在1000轧制和850轧制时，停留时间增长，奥氏体再结晶百分数增加。,四、静态再结晶的数量,如果轧后停留时间相同，再结晶的数量与变形量、变形温度的关系如图，奥氏体再结晶的百分数正比于变形量与变形温度。,五、静态再结晶晶粒的大小,各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 再结晶区域图,各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响,再结晶晶粒尺寸d与再结晶的形核速率N、再结晶晶粒的成长速度G之间存在下列近似关系：d=常数(G/N)1/4 再结晶晶粒的成长速度：G=dR/dt(R：再结晶晶粒半径)，上式可以写成 G
30、=BEs/式中B为晶界的迁移率；Es为克分子的储存能。,1克分子=1摩尔。克分子是摩尔的不规范名称,各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响,所有影响储存能的因素都影响晶粒的成长速度。随变形量的增加Es增加，所以G也增加，而且G与变形量的变化规律与Es的变化规律是一致的。原始晶粒的大小对G的影响也是通过晶粒大小对Es的影响起作用的，因此在应变数值相等的条件下，原始晶粒愈细小Es也愈大，G值也大。温度对G的影响也可以通过温度对B的影响表现出来，变形温度提高使G增大。金属中的第二相析出对G的影响也很大。,各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响,再结晶的形核速率随形变量的增加而增加。图2-17表示形变量对N、
31、G及N/G 的影响。由图可以看出，当变形量小于5时，N0，表明耍发生再结晶需要一个最小变形量临界变形量。,各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响,可以定性地说，增加N，减小G可以得到细小的再结晶晶粒。因此影响N、G的因素就必然影响再结晶晶粒的尺寸。各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响取决于若干因素的综合效果，其定量计算只能根据具体钢种的实测数据作统计处理。如Towle和Gladman根据304、316不锈钢的试验得出 drex-0.5d0Z-0.06(25)式中为变形量，d0为原始晶粒直径，Z为温度补偿速度参数。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,奥氏体静态再结晶是在一个过程中完成的，因而各种因素
32、不仅对再结晶晶粒尺寸有影响，也同时影响再结晶的数量，使奥氏体平均晶粒尺寸的变化不完全相同于静态再结晶晶粒的尺寸变化，因此使情况变得更为复杂。（1）变形量的影响（2）变形温度的影响（3）变形速度的影响（4）变形后停留时间的影响（5）原始晶粒大小的影响（6）微合金元素的影响,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（1）变形量的影响 在轧制温度一定的条件下，变形后的奥氏体晶粒的平均晶粒尺寸随变形量的增大而减小。这一方面是由于奥氏体再结晶数量增加的结果（当在部分再结晶区轧制时），另一方面是由于变形量增加，G/N降低，故再结晶晶粒变细。在大压下率部分的晶粒细化效果减弱，在60%的压下率下甚至没有晶粒细化作
33、用，其极限值为2040m。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（2）变形温度的影响 在奥氏体完全再结晶区内轧制时，随着轧制温度的降低，奥氏体再结晶平均晶粒尺寸也减小。而在奥氏体部分再结晶区内轧制时，随着轧制温度降低，奥氏体未再结晶的数量增大，就有可能使奥氏体平均晶粒尺寸增大。由于变形温度会改变变形后的储存能及晶界迁移率B而影响G/N，降低变形温度会减小G/N，使再结晶晶粒细化。但变形温度增加对G/N的影响微弱。因此晶粒大小是变形温度的弱函数。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（3）变形速度的影响 变形速度可以看成与变形温度有同样效果的因素。低变形速度相当于高变形温度；高变形速度相当于低变
34、形温度。实际生产中，在一定设备条件下，变形速度变化不会很大，对奥氏体平均晶粒尺寸的影响不是主要的。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（4）变形后停留时间的影响,停留时间的延长既会增加奥氏体再结晶的数量（在奥氏体部分再结晶区中变形时），也会使已再结晶的奥氏体晶粒长大。因此其结果将示奥氏体再结晶情况而定。当在奥氏体完全再结晶区轧制时(图中变形量20的区域)，奥氏体平均晶粒尺寸随停留时间增加而增大，而在奥氏体部分再结晶区轧制时情况则相反。,含铌16Mn钢空延时间对奥氏体平均晶粒尺寸的影响图,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（5）原始晶粒大小的影响,原始晶粒愈细储存能愈大，N、G都增大，但N增
35、加比G快，所以再结晶后晶粒也愈细。但是奥氏体原始晶粒尺寸的影响随变形量的加大而逐渐减小，当变形量达到57时，原始晶粒尺寸几乎对再结晶后的晶粒尺寸没有影响。,各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,（6）微合金元素的影响微合金元素在钢中以C和(或)N的化合物形式析出，一般都能使GN减小，所以可以起细化晶粒作用。溶于固溶体的微合金元素其作用主要在于它能吸附于界面，显著降低界面活动性，阻碍了晶面的扩散移动。以小质点形式分布在基体中的不溶析出物，也可以降低晶界的活动性，阻止晶粒的长大，并同时还会引起形变储存能的增加，从而使N也增大。由于微合金元素，尤其是Nb有很强的抑制奥氏体再结晶的作用，和不含微合金元素
36、的钢相比，在同样变形条件下，再结晶数量减少，使奥氏体平均晶粒尺寸增大。,再结晶区域图,热变形后的组织随着变形量、变形温度、变形速度等的不同变化很大。在以变形量为横坐标、变形温度为纵坐标的图上。可根据变形后的组织是否发生再结晶将图分成三个区域，即再结晶区、部分再结晶区和未再结晶区。压下率大的部分发生完全再结晶，压下率低于再结晶临界变形量的部分只发生回复，不发生再结晶，在这两者之间有一个部分再结晶区。,再结晶区域图,产生部分再结晶的临界压下率和完成静态再结晶的临界压下率随着变形温度的降低而加大。而且受原始晶粒直径和化学成分的影响。原始晶粒直径大，临界曲线就向大压下率方向移动。Nb、V、Ti等强碳化
37、物元素有抑制再结晶的作用，因而能不同程度地把临界压下率曲线推向大压下率方向。热变形后在静态再结晶区所得到的再结晶晶粒尺寸随变形量的增大而细化，而受变形温度的影响较小（在动态再结晶区中得到的再结晶晶粒尺寸主要受变形温度的影响，受变形量的影响比较小）。,再结晶区域图,在未再结晶区(I区)中变形时，如给以6的变形量，多数的晶粒将保持原形不变，只是释放了部分畸变能，即产生回复。但在很多处出现了比原始晶粒大几倍的巨大晶粒这是由于轻微的变形在局部地方诱发起晶界移动而发生的现象。这个事实具有重要意义，即在回复区给以压下不仅不引起再结晶细化相反地使局部生成巨大晶粒，从而使相变后的铁素体组织粗大不均，力学性能变
38、坏。,再结晶区域图,在部分再结晶区（区）轧制能得到再结晶和未再结晶晶粒的混合组织，也就是部分再结晶组织。在区中变形不会发生如同在I区中那样巨大的晶粒。在再结晶区（区）中轧制所得到的全部是细小的再结晶组织。,再结晶区域图,以上是一道次轧制时的情况，那么多道次轧制时其组织又会发生怎样的变化呢？在区中连轧两道（每道压下率为28）后得到全部细化的再结晶组织。再结晶区多道次轧制后奥氏体晶粒的大小既决定于总变形量也决定于道次变形量，尤以道次变形量的作用大。道次变形量或总变形量增大都能使奥氏体晶粒细化，但是再结晶晶粒细化有一个限度，大约只能达到2040m。,在区中用了3道次和5道次连续压下，在3道中每道压下
39、10得到再结晶和未再结晶的混合组织，而在5道次连续压下时(总压下率为42)，却得到全部再结晶的组织。如果轧制道次足够（总变形量足够），这个阶段得到的组织比较细而且整齐。在多道次轧制时，轧制温度逐步下降，它是不利于再结晶进行的。因此仍有可能虽经多道次轧制，在区中有足够的总压下量，但仍然得不到全部再结晶组织。,再结晶区域图,再结晶区域图,在I区中连续轧制时，如果给以每道6的多道次压下，即使轧制5道(总压下率27)，也只能得到少数的再结晶晶粒，大部分是回复的晶粒和巨大晶粒的混合组织。即使7道次轧制(总压下率36)，轧制情况也没有本质的变化。按9道次轧制(总压下率43)，可以看到进行了一些再结晶，但是
40、回复晶粒和巨大晶粒的混合组织仍占主体。也就是说，如果在未再结晶区中给以一个不适当的压下量就会引起巨大晶粒的产生，这种巨大晶粒在以后的轧制中很难消失，即使再给以连续的部分再结晶区的压下量也很难消失。,再结晶区域图,例如每道压下率6轧制4道（总压下率22），形成巨大的晶粒，对它若以14压下率轧制1道(压下率共33)，则巨大晶粒原封不动地保留，其它晶粒再结晶后细化。若以14压下率轧制3道(压下率共50)，则大部分巨大晶粒细化，但到处仍可看到巨大晶粒的痕迹。在I区中连续轧制时如果所给予的压下率合适，就不会产生巨大晶粒，那么全部晶粒都是未再结晶晶粒，它将随着轧制道次的增加（总变形量的增加）晶粒拉长，晶内
41、形变带逐渐增加并逐渐均匀。晶粒的拉长程度和变形带的增加程度与在l区中的总变形量成正比例，而与道次变形量关系不大。,再结晶图,再结晶晶粒大小的控制,保温中奥氏体晶粒的长大,奥氏体再结晶完成后在高温下继续停留，晶粒将会长大。这时奥氏体晶粒长大的驱动力不是畸变能，而是由小晶粒长大成大晶粒可以减小晶界面积，从而减少总的晶界能（驱动力是晶粒长大前后总的晶界能差）。恒温下奥氏体晶粒长大的直径D与恒温下停留时间有关，根据实验结果得到：D=Ktn(26)式中K、n是常数。对不同的钢材和温度其值是不同的。如1150保温时，Si-Mn钢的n0.2，Nb钢、Ti钢n0.030.04。,保温中奥氏体晶粒的长大,左图显
42、示在再结晶后停留的初期时间内晶粒长大的速度还是很快的，普碳钢尤为显著。多道次的道次间隔时间里和终轧后的空冷时间里再结晶奥氏体晶粒也会长大，因此在轧制工艺规程制定中要给以注意。,作 业,控制轧制的定义、类型及效果?有哪些经常用于材料的强化机制?它们对材料的强度和韧性有何影响?什么是材料的韧性?如何表示材料的韧性?奥氏体热加工的真应力-真应变曲线与材料结构变化过程？,钢的奥氏体形变与再结晶,动态再结晶 热变形过程中的奥氏体再结晶静态再结晶 热变形间隙时间内的奥氏体再结晶动态再结晶控制 原始晶粒（加热）、变形温度、变形速度静态再结晶控制 变形量、温度、晶粒大小、合金元素、变形速度、停留时间,钢的奥氏体形变与再结晶,c是奥氏体发生动态再结晶的临界变形量，要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变形。r是动态再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。p是真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量s是再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。,
