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1、 2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为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 动态再结晶的控制动态再结晶的控制 2.4 静态再结晶的控制静态再结晶的控制 第二章 钢的奥氏体形变与再结晶 金金属属塑塑性性变变形形后后组组织织结结构构和和性性能能均均发发生生了了很很大大的的变变化化。金金属属的的这这种种组组织织在在热热力力学学上上处处于于不不稳稳定定的的亚亚稳稳状状态态，如如果果对对其其进进行行加加热热，变变形形金金属属就就能能由由亚亚稳稳状状态态向向稳稳定定状状态态转转化化，从从而而会会引引起起一一系系列列的
2、的组组织织结结构构和和性性能能的的变变化化。这这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复回复 再结晶再结晶 晶粒长大晶粒长大 形变金属与合金在退火过程中的变化形变金属与合金在退火过程中的变化回复和再结晶回复和再结晶回复回复：是是指指冷冷塑塑性性变变形形的的金金属属在在（较较低低温温度度下下进进行行）加加热热时时，在在光光学学显显微微组组织织发发生生改改变变前前（即即在在再再结结晶晶晶晶粒粒形形成成前前）所所产产生生的的某某些些亚亚结结构构和和性性能能的的变变化化过程。过程。再结晶：再结晶：当当变变形形金金属属被被加加热热到到较较高高温温度度时
3、时，由由于于原原子子活活动动能能力力增增大大，晶晶粒粒的的形形状状开开始始发发生生变变化化，被被拉拉长长及及破破碎碎的的晶晶粒粒通通过过重重新新生生核核、长长大大，变变成成新新的的均均匀匀、细小的等轴晶粒。这个过程称为再结晶。细小的等轴晶粒。这个过程称为再结晶。显微组织的变化显微组织的变化回复阶段回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。显微组织仍为纤维状，无可见变化。再结晶阶段再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴：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。晶粒长大阶段晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。晶界移动，晶粒粗化，达到
4、相对稳定的形状和尺寸。性能变化性能变化回复阶段回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。电阻明显下降。再结晶阶段再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。明显提高；密度急剧升高。晶粒长大阶段晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。储存能变化储存能变化回复中刃型位错的攀移及滑移回复中刃型位错的攀移及滑移攀移攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线脱离原来
5、的滑移面。脱离原来的滑移面。多边化多边化多边化多边化：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。亚晶界）的过程。再结晶再结晶无畸变的晶粒取代变形晶粒的过程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与动态再结晶动态回复：动态回复：在塑性变形过程中发生的回复在塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：动态再结晶：在塑性变形过程中发生的再结晶在塑性变形过程中发生的再结晶动态回复动态回复真应力真应力-真应变曲线：真应变曲线：I：微应变阶段微应变阶段II：动态回复的初始阶段：动态回复的初始阶段III:稳态变形状态
6、稳态变形状态动态再结晶动态再结晶真应力真应力-应变曲线应变曲线：I：加工硬化阶段加工硬化阶段II：动态再结晶的初始阶段：动态再结晶的初始阶段III:稳态流变状态稳态流变状态 2.1 2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为 n n热塑性变形过程中或变形之后的钢组织的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制中起决定作用，奥氏体再结晶在控制轧制中起决定作用，奥氏体晶粒的细化是控制轧制的基础，是本课的晶粒的细化是控制轧制的基础，是本课的重点。重点。n n热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、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。再结晶
7、软化过程的矛盾统一。奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线与材料结构变化示意图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奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线第第一一阶阶段段。当当塑塑性性变变形形小小时时，随随着着变变形形量量增增加加变变形形抗抗力力增增加加，直直到到达达到最大值。到最大值。在在这这一一阶阶段段，金金属属发发生生塑塑性性变变形形，位位错错密密度度不不断断增增加加，可可以以从从原原始始退退火火状状态态时时的的106 107cm2达达到到屈屈服服极极限限时时的的107 108cm2。以以后后
8、随随着着变变形形量量增增大大位位错错密密度度继继续续增增加加，这这就就是是材材料料的的加加工工硬硬化化，造造成成变变形形应应力力不不断断增增加加达达到到峰峰值值，这这是是热热加加工工过过程程奥奥氏氏体体结结构构发发生生变变化化的的一个方面。一个方面。I：动态回复阶段：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线另另一一方方面面，由由于于材材料料在在高高温温下下变变形形，变变形形中中产产生生的的位位错错能能够够在在热热加加工工过过程程中中通通过过交交滑滑移移和和攀攀移移等等方方式式运运动动，使使部部分分位位错错消消失失，部部分分重重新新排排列列，造造成成奥奥氏氏体体
9、的的回回复复。当当位位错错重重新新排排列列发发展展到到一一定定程程度度，形形成成清清晰晰的的亚亚晶晶界界，称称为为动动态态多多边边形形化化。奥奥氏氏体体的的动动态态回回复复和和动动态态多多边边形形化化都都使使材料软化。材料软化。I：动态回复阶段：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线这这就就是是奥奥氏氏体体高高温温小小变变形形时时奥奥氏氏体体结结构构发发生生变变化化的的两两个个方方面面。由由于于位位错错的的增增殖殖速速度度相相对对说说与与变变形形量量无无关关，而而位位错错的的消消失失速速度度则则与与位位错错密密度度绝绝对对值值有有关关。因因此此当当变变形形量
10、量逐逐渐渐增增大大时时，位位错错密密度度也也增增大大，位位错错消消失失速速度度也也随随之之增增大大，反反映映在在真真应应力力真真应应变变曲曲线线上上随随着着变变形形量量加加大大加加工工硬硬化化速速度度减减弱弱，但但是是总总的的趋趋向向在在第第一一阶阶段段加加工工硬硬化化还还是是超超过过动动态态软软化化，因因此此随随变变形形量量增增加加变变形形应应力力还还是是不不断增加的。断增加的。I：动态回复阶段：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线第第二二阶阶段段。在在第第一一阶阶段段动动态态软软化化抵抵消消不不了了加加工工硬硬化化，随随着着变变形形量量的的增增加加金金
11、属属内内部部畸畸变变能能不不断断升升高高，畸畸变变能能达达到到一一定定程程度度后后在在奥奥氏氏体体中中将将发发生生另另一一种种转转变变，即即动动态态再再结结晶晶。动动态态再再结结晶晶的的发发生生与与发发展展使使更更多多的的位位错错消消失失，材材料料的的变变形形应应力力很很快快下下降降。随随着着变变形形的的继继续续进进行行，在在热热加加工工过过程程中中不不断断形形成成再再结结晶晶核核心心并并继继续续成成长长直直到到完完成成一一轮轮再再结结晶晶，变变形形应应力力降降到到最最低低值。值。II：动态再结晶阶段：动态再结晶阶段奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线线真应变曲线线从从动动态态
12、再再结结晶晶开开始始，变变形形应应力力开开始始下下降降，直直到到一一轮轮再再结结晶晶全全部部完完成成并并与与加加工工硬硬化化相相平平衡衡，变变形形应应力力不不再再下下降降为为止止，形形成成了了真真应应力力一一真真应应变变曲曲线线的的第第二二阶阶段。段。II：动态再结晶阶段：动态再结晶阶段动态再结晶动态再结晶发发生生动动态态再再结结晶晶所所必必需需的的最最低低变变形形量量称称为为动动态态再再结结晶晶的的临临界变形量界变形量，以，以c表示。表示。c几几乎乎与与真真应应力力-真真应应变变曲曲线线上上应应力力峰峰值值所所对对应应的的应应变变量量p相相等等，精精确确地地讲讲c p，p 的的大大小小与与钢
13、钢的的奥奥氏氏体体成成分分和和变变形形条条件件(变变形形温温度度、变变形形速速度度)有有关关。曲曲线线的的最最大大应应力力值值 p(或或恒恒应变应力值应变应力值s)、形变速度、形变速度 、变形温度、变形温度T之间符合以下关系之间符合以下关系 (21)式式中中A为为常常数数；n为为应应力力指指数数；Q为为变变形形活活化化能能；R为为气气体体常常数数；T为为绝绝对对温温度度。动动态态再再结结晶晶发发生生时时n为为46，大大多多数数为为6。Q为自扩散激活能。为自扩散激活能。Zener-Hollomon因子因子(22)Z为为温温度度补补偿偿变变形形速速率率因因子子，可可表表示示 和和T的的各各种种组组
14、合合，是是一一个个使使用用方方便便的的因因子子。当当变变形形温温度度愈愈低低、变变形形速速率率；愈愈大大时时，Z值值变变大大，即即p、s大大，动动态态再再结结晶晶开开始始的的变变形形量量c和和动动态态再再结结晶晶完完成成的的变变形形量量s也也变变大大，也也就就是是说说需需要要一一个个较较大大的的变变形量才能发生再结晶。形量才能发生再结晶。当当Q不依赖于应力、温度时，不依赖于应力、温度时，p（或（或c）可用）可用Zener-Hollomon因子因子Z来表示来表示:动态再结晶动态再结晶动动态态再再结结晶晶是是在在热热变变形形过过程程中中发发展展的的，即即在在动动态态再再结结晶晶形形核核长长大大的的
15、同同时时持持续续进进行行变变形形的的。这这样样由由再再结结晶晶形形成成的的新新晶晶粒粒又又发发生生了了变变形形，产产生生了了加加工工硬硬化化，富富集集了了新新的的位位错错，并并且且开开始始了了新新的的软软化化过过程程（动动态态回回复复甚甚至至动动态态再再结结晶晶）。因因此此就就整整个个奥奥氏氏体体来来说说，任任一一时时刻刻在在金金属属内内部部总总存存在在着着变变形形量量由由零零到到c 的的一一系系列列晶晶粒粒，也也就就是是说说动动态态再再结结晶晶的的发发生生就就奥奥氏氏体体的的整整体体来来说说并并不不能能完完全全消消除除全全部部的的加加工工硬硬化化。反反映映在在真真应应力力一一真真应应变变曲曲
16、线线上上，就就是是在在发发生生了了动动态态再再结结晶晶后后，金金属属材材料料的的变变形形应应力力仍仍然然高高于于原原始始状状态态（即即退退火状态）的变形应力。火状态）的变形应力。奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线第第三三阶阶段段。当当第第一一轮轮动动态态再再结结晶晶完完成成以以后后，在在真真应应力力一一真真应应变变曲曲线线上上将将出出现现两两种种情情况况：一一种种情情况况是是应应力力达达到到稳稳定定值值，变变形形量量虽虽不不断断增增加加而而应应力力基基本本不不变变，呈呈稳稳态态变变形形。这这种种情情况况称称为为连连续续动动态态再再结结晶晶；另另一一种种情情况况是是应
17、应力力出出现现波波浪浪式式变变化化，呈呈非非稳稳态态变变形。这种情况称为形。这种情况称为间断动态再结晶间断动态再结晶。动态再结晶的应力应变曲线动态再结晶的应力应变曲线当当cr时时发发生生间间断断动动态态再再结结晶晶。一一旦旦动动态态再再结结晶晶发发生生后后不不需需要要太太大大的的变变形形量量，奥奥氏氏体体就就全全部部完完成成了了第第一一轮轮动动态态再再结结晶晶。由由于于cr，当当第第一一轮轮再再结结晶晶全全部部完完成成时时已已再再结结晶晶的的晶晶粒粒内内新新承承受受的的变变形形量量都都还还达达不不到到c，因因而而还还不不能能立立即即发发生生第第二二轮轮动动态态再再结结晶晶，只只有有再再继继续续
18、变变形形使使晶晶粒粒内内的的变变形形量量达达到到c，第第二二轮轮动动态态苒苒结结晶晶才才开开始始发发生生。在在两两轮轮再再结结晶晶之之间间由由于于动动态态回回复复抵抵消消不不了了加加工工硬硬化化，应应力力值值就就要要上上升升，因因此此真真应应力力-真真应应变变曲曲线线上上出出现现波波浪浪形形式式。这这种情况下动态再结晶是间断进行的。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动态再结晶的应力应变曲线当当cr时时发发生生连连续续动动态态再再结结晶晶。动动态态再再结结晶晶发发生生后后，随随着着变变形形的的继继续续，一一方方面面再再结结晶晶继继续续发发展展，另另一一方方面面已已发发生生动
19、动态态再再结结晶晶的的晶晶粒粒又又承承受受新新的的变变形形，这这两两个个过过程程同同时时在在进进行行着着。由由于于cr，出出现现非非稳稳态态变变形形，间间断断动动态态再再结结晶晶。而而当当T低低或或 高高时时，cr，出出现现稳稳态变形，连续动态再结晶。态变形，连续动态再结晶。Q235钢变形条件对真应力钢变形条件对真应力-真应变曲线的影响真应变曲线的影响 工艺参数对工艺参数对c、r 的影响的影响 2.2 热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为热变形间隙时间内钢的奥氏体再结晶行为 热热加加工工过过程程中中的的任任何何阶阶段段都都不不能能完完全全消消除除奥奥氏氏体体的的加加工工硬硬化化，这这就就造造成
20、成了了组组织织结结构构的的不不稳稳定定性。性。热热加加工工的的间间隙隙时时间间里里（如如轧轧制制道道次次之之间间）或或加加工工后后在在奥奥氏氏体体区区的的缓缓冷冷过过程程中中将将继继续续发发生生变变化化，力力图图消消除除加加工工硬硬化化组组织织，使使金金属属组组织织结结构构达达到到稳稳定定状状态态。这这种种变变化化仍仍然然是是回回复复、再再结结晶晶过过程程，但但是是它它们们不不是是发发生生在在热热加加工工过过程程中中，所所以以叫叫做做静静态态回复和静态再结晶回复和静态再结晶。奥氏体在热加工间隙时间里奥氏体在热加工间隙时间里应力应力-应变曲线的变化应变曲线的变化y y:奥氏体的屈服应力奥氏体的屈
21、服应力1 1:奥氏体达到变形量为奥氏体达到变形量为1 1的屈服应力的屈服应力y y:变变形形后后恒恒温温保保持持时时间间以以后后再再次次发发生塑性变形的应力值生塑性变形的应力值则则y y1 1在两次变形间奥氏体软化的数量：在两次变形间奥氏体软化的数量：（1 1-y y）与与（1 1-y y）之之比比，称称为为软化百分数软化百分数，以，以x x 表示之，则表示之，则 x x=（1 1-y y）/（1 1-y y）软化百分数软化百分数 x x=（1 1-y y）/（1 1-y y）当当x x=1=1时时表表示示奥奥氏氏体体在在两两次次热热加加工工的的间间隙隙时时间间里里消消除除了了全全部部加加工工
22、硬硬化化，全全部部恢恢复复到到变变形形前前的的原原始始状状态态,y y=y y,就就是是全全部部静静再再结结晶晶的的结果。结果。当当x x=0=0时时表表示示奥奥氏氏体体在在两两次次热热加加工工的的间间隙隙时时间间里里没没有任何的软化，因此有任何的软化，因此y y=1 1当当0 0 x x1 1时时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里发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。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变形量对奥氏体在热加工间隙时间里软化行为的影响时间里软化行为的影响 c是是奥奥氏氏体体发发生生动动态态再再结结晶晶的的临临界界变变形形量量，要要想
23、想使使奥奥氏氏体体全全部部发发生生再再结结晶晶就就需需要继续变形。要继续变形。p是是真真应应力力-真真应应变变曲曲线线上上应应力力峰峰值值所所对应的应变量。对应的应变量。s是是产产生生静静态态再再结结晶晶的的最最小小变变形形量量（静静态再结晶的临界变形量）。态再结晶的临界变形量）。f 是是再再结结晶晶由由产产生生核核心心到到全全部部完完成成一一轮轮再结晶所需要的变形量。再结晶所需要的变形量。（1）当）当1小于小于s 时（时（a点，点，a曲线）曲线）曲曲线线a表表示示了了两两次次变变形形间间隔隔时时间间里里软软化化的的情情况与软化的速度。况与软化的速度。曲曲线线表表明明变变形形一一停停止止软软化
24、化就就立立即即发发生生，随随时时间间的的延延长长软软化化百百分分数数增增大大，当当达达到到一一定定程程度度后后软软化化停停止止，这这个个过过程程大大约约在在100s内内完成。完成。仅仅仅仅软软化化了了30，还还有有70的的加加工工硬硬化化不不能消除。能消除。这这种种变变化化有有如如冷冷加加工工的的退退火火阶阶段段，称称为为静静态态回回复复。静静态态回回复复可可以以部部分分减减少少位位错错未未消消除除的的加加工工硬硬化化对对下下次次变变形形有有迭迭加加作作用用。如如果果这这是是最最后后一一次次变变形形，那那么么在在急急冷冷下下来来的的相相变变组组织织中中仍仍能能继继承承高高温温形形变变的的加加工
25、工硬硬化结构。化结构。（2）当）当s1 c时（时（b点，点，b曲线）曲线）曲曲线线表表明明第第一一阶阶段段的的静静回回复复软软化化用用了了100s时间。软化率达到时间。软化率达到45。如如果果继继续续保保持持高高温温，经经过过一一段段潜潜伏伏期期后后即进入第二阶段的软化，即静态再结晶。即进入第二阶段的软化，即静态再结晶。静静态态再再结结晶晶可可以以使使软软化化百百分分数数达达到到x=1，全全部部形形成成了了新新的的无无位位错错的的晶晶粒粒。如如果果再再次次变变形形，真真应应力力-真真应应变变曲曲线线恢恢复复到到原始状态。原始状态。这这里里把把产产生生静静态态再再结结晶晶的的最最小小变变形形量量
26、s称为静态再结晶的临界变形量。称为静态再结晶的临界变形量。（3）当）当c1 f 时（时（c点，点，c曲线）曲线）曲曲线线c表表示示变变形形在在动动态态再再结结晶晶开开始始后后的某一个阶段停止的软化情况。的某一个阶段停止的软化情况。曲曲线线被被分分为为三三个个阶阶段段。第第一一个个阶阶段段是是静静态态回回复复阶阶段段；第第三三个个阶阶段段是是经经过过一一个个潜潜伏伏期期后后的的静静态态再再结结晶晶阶阶段段；中中间间的的那那段段可可以以认认为为是是由由于于原原来来动动态态再再结结晶晶核核心心的的继继续续长长大大，这这个个过过程程几几乎乎不不需需要要潜潜伏伏期期，可可以以称称为为次次动动态态再再结结
27、晶晶或或亚亚动动态态再再结结晶晶，其其特特点象没有潜伏期的静态再结晶。点象没有潜伏期的静态再结晶。（4）当）当f 1 时（时（d点，点，d曲线）曲线）d点点表表示示变变形形应应力力超超过过最最大大应应力力达达到到正正常常应应力力部部分分（变变形形应应力力稳稳定定阶阶段段），动动态态再再结结晶晶晶晶粒粒维维持持一一定定的的大大小小和和形形状状，此此时时加加工工硬硬化化率率和和动动态态再再结结晶晶的的软软化化率率达达到到平平衡衡，在在这这种种变变形形量量下下停停止止变变形形，保保持持变变形形的的高高温，材料的软化过程如温，材料的软化过程如d由线。由线。在在动动态态再再结结晶晶的的基基础础上上软软化
28、化开开始始，由由于于动动态态再再结结晶晶的的组组织织中中有有不不均均匀匀位位错错密密度度，变变形形一一停停止止马马上上就就进进入入静静态态回回复复阶阶段段，接接着着就就是是次次动动态态再再结结晶晶阶阶段段。曲曲线线d上上不不出出现现平平台台，仅仅出出现现拐拐点点，这这也也表表明明次次动动态态再再结结晶晶不需要潜伏期。不需要潜伏期。由由于于这这个个阶阶段段的的热热加加工工变变形形量量很很大大，发发生生的的动动态态再再结结晶晶的的核核心心很很多多，形形变变停停止止后后这这些些核核心心很很快快继继续续长长大大，生生成成无无位位错错的的新新晶晶粒粒，消消除除全全部部加加工工硬硬化化，所所以以不不发发生
29、生静静态态再结晶的软化过程。再结晶的软化过程。变形量与三种静态软化类型的关系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静态回复软化区表示亚动态再结晶软化区表示亚动态再结晶软化区表示静态再结晶软化区表示静态再结晶软化阴阴影影区区ABCD是是“禁禁止止带带”，表表示示在在小小于于s的的变变形形量量下下变变形形，在在变变形形的的间间隔隔时时间间里里只只发发生生静静态态回回复复，局局部部地地区区由由于于形形变变引引起起晶晶界界迁迁移移而而产产生生粗粗大大晶晶粒粒，这这是是不不希希望望发发生的。生的。2.3 动态再结晶的控制动态再结晶的控制 一、动态再结晶发生的条件一、动态再结晶发生的条件
30、一、动态再结晶发生的条件一、动态再结晶发生的条件二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点 动态再结晶动态再结晶动动态态再再结结晶晶是是在在热热变变形形过过程程中中发发展展的的，即即在在动动态态再再结结晶晶形形核核长长大大的的同同时时持持续续进进行行变变形形的的。这这样样由由再再结结晶晶形形成成的的新新晶晶粒粒又又发发生生了了变变形形，产产生生了了加加工工硬硬化化，富富集集了了新新的的位位错错，并并且且开开始始了了新新的的软软化化过过程程（动动态态回回复复甚甚至至动动态态再再结结晶晶）。因因此此就就整整个个奥奥氏氏体体来来说说，任任一一时时
31、刻刻在在金金属属内内部部总总存存在在着着变变形形量量由由零零到到c 的的一一系系列列晶晶粒粒，也也就就是是说说动动态态再再结结晶晶的的发发生生就就奥奥氏氏体体的的整整体体来来说说并并不不能能完完全全消消除除全全部部的的加加工工硬硬化化。反反映映在在真真应应力力-真真应应变变曲曲线线上上，就就是是在在发发生生了了动动态态再再结结晶晶后后，金金属属材材料料的的变变形形应应力力仍仍然然高高于于原原始始状状态态（即即退退火状态）的变形应力。火状态）的变形应力。一、动态再结晶发生的条件一、动态再结晶发生的条件 当当Z一一定定时时，随随着着加加工工程程度度的的增增大大，材材料料组组织织发发生生由由动动态回
32、复态回复部分动态再结晶部分动态再结晶完全动态再结晶完全动态再结晶的变化。的变化。当当加加工工程程度度一一定定时时，随随着着Z的的变变大大，材材料料组组织织发发生生由由完完全全动动态态再再结结晶晶部部分分动动态态再再结结晶晶动动态态回回复复的的变变化化。也也就就是是一一定定时时，在在某某一一Z值值以以上上得得不不到到动动态态再再结结晶晶组组织织，这这个个Z值值就就为为Z的的上上临临界界值值Zc，应应该该指指出出，Zc值值是是随随加加工工程程度度而而变变的的，愈愈大大Zc愈愈大大，即即在在较较大大的的Z值值下下也也能能产产生生动动态态再再结结晶晶。因因此此动动态态再再结结晶晶能能否否发发生生，要要
33、由由Z和和来来决定。决定。五种钢的动态再结晶图五种钢的动态再结晶图 由由于于变变形形温温度度T（即即Z参参数数）和和变变形形量量的的变变化化，热热变变形形奥奥氏氏体体可可以以分分别别处处于于加加工工硬硬化化、部部分分动动态态再再结结晶晶和和完完全全动动态态再再结结晶晶状状态态。Z参参数数愈愈小小（即即T愈愈高高）则则愈愈易易发发生生动动态态再再结结晶晶，再再结结晶晶临临界界变变形形量量就愈小。就愈小。试验条件下试验条件下 10s-1五种钢的动态再结晶图五种钢的动态再结晶图 前前4种种钢钢的的动动态态再再结结晶晶的的难难易易程程度度大大体体 相相 当当，仅仅12MnTiNb钢钢 的的 动动态态再
34、再结结晶晶发发生生比比较较困困难难，要要在在较较低低的的Z参参数数下下才才能能发发生生。这这说说明明钛钛和和铌铌具具有有强强烈烈阻阻碍碍动动态态再再结结晶的作用。晶的作用。试验条件下试验条件下 10s-1一、动态再结晶发生的条件一、动态再结晶发生的条件 国国内内的的测测定定数数据据表表明明，碳碳钢钢、低低合合金金钢钢在在 1000时时真真应应力力一一真真应应变变曲线出现峰值，即能发生动态再结晶。曲线出现峰值，即能发生动态再结晶。厚厚板板轧轧制制时时因因变变形形速速率率大大（10s-120s-1）故故Z值值大大，大大于于通通常常在在一一道道次次变变形形量量下下(1020)的的Zc值值，因因而而不
35、不能能发发生生动态再结晶。动态再结晶。一、动态再结晶发生的条件一、动态再结晶发生的条件 材材料料的的初初始始晶晶粒粒尺尺寸寸D0也也影影响响动动态态再再结结晶晶的的产产生生。Z一一定定时时，D0愈愈小小，愈愈能能在在较较低低的的下下产产生动态再结晶生动态再结晶。亦亦即即随随着着D0的的减减小小，产产生生动动态态再再结结晶晶的的加工范围变大加工范围变大。二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点 动动态态再再结结晶晶是是一一个个混混晶晶组组织织。其其平平均均晶晶粒粒尺尺寸寸D只只由由加加工工条条件件Z来来决决定定，Z和和D之之间间的的关关系系符符合合Z=AD-m关关系系，Z愈愈大大（即即变
36、变形形温温度度低低、变变形形速速率率大大）则则D愈愈小小（图图中中）。并并且且D与初始晶粒尺寸与初始晶粒尺寸D0无关。无关。二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点 动动态态再再结结晶晶晶晶粒粒细细化化的的唯唯一一条条件件是是提提高高Z值值。然然而而动动态态再再结结晶晶的的发发生生又又必必须须使使Z值值小小于于Zc值值，那那么么要要得得到到细细小小的的晶晶粒粒就就必必须须尽尽可可能能提提高高Zc，而而Zc是与是与、D0有关的。有关的。变变大大Zc变变大大，D0变变小小Zc变变大大。因因而而、D0变变化化，在在同同一一变变形形温温度度、变变形形速速度度下下(即即Z值值不不变变)所所得得到
37、到的的D是是相相同同的的，但但是是、D0的的变变化化可可使使发发生生动动态态再再结结晶晶的的上上临临界界值值Zc上上升升，因因而而有有可可能能采采用用大大的的Z值仍能发生动态再结晶，并得到小的值仍能发生动态再结晶，并得到小的D值。值。二、动态再结晶的组织特点二、动态再结晶的组织特点 研研究究表表明明，动动态态再再结结晶晶的的平平均均晶晶粒粒尺尺寸寸D在在一一定定变变形形量量范范围围内内还还与与变变形形量量有有关关。由由于于变变形形量量不不同同，奥奥氏氏体体再再结结晶晶晶晶粒粒经经受受过过的的变变形形周周期期次次数数不不同同，所所以以最最终终动动态态再再结结晶晶晶晶粒粒大大小小不不同同。只只有有
38、当当形形变变量量达达到到一一定定程程度度后后(即即应应力力达达到到稳稳定定值值的的变变形形量量)，才才能能使使动动态态再再结结晶晶晶晶粒粒达达到到在在该该Z参参量量条条件件下下的的极极限限值值。只只有有这这时时动动态态再再结结晶晶晶晶粒粒大大小小才才不不随随变变形量而变，仅取决于形量而变，仅取决于Z参数。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，平均晶粒尺寸相同时，动态再结晶组织比静态再结晶组织动态再结晶组织比静态再结晶组织有更高的强度有更高的强度，而且动态再结晶组织中的较高密度的位错，而且动态再结晶组织中的较
39、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。的韧性。静态再结晶的控制静态再结晶的控制 热热加加工工的的静静态态再再结结晶晶是是在在变变形形后后发发生生的的，是是利利用用热热加加工工的的余余热热进进行行的的，它它与与冷冷加加工工后后再结晶的区别在于再结晶的区别在于不需要重新加热。不需要重新加热。一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构二、静态再结晶的临界变形量二、静态再结晶的临界变形量二、静态再结晶的临界变形量二、静态再结晶的临界变形量三、静态再结晶速度三、静态再结
40、晶速度三、静态再结晶速度三、静态再结晶速度四、静态再结晶的数量四、静态再结晶的数量四、静态再结晶的数量四、静态再结晶的数量五、静态再结晶晶粒的大小五、静态再结晶晶粒的大小五、静态再结晶晶粒的大小五、静态再结晶晶粒的大小六、保温中奥氏体晶粒的长大六、保温中奥氏体晶粒的长大六、保温中奥氏体晶粒的长大六、保温中奥氏体晶粒的长大2.4 静态再结晶的控制静态再结晶的控制一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构 n n再结晶晶核由再结晶晶核由再结晶晶核由再结晶晶核由亚晶成长机构亚晶成长机构亚晶成长机构亚晶成长机构和和和和已有晶界的局部变已有晶界的局部变已有晶界的局部变已有晶界的局部变形诱发迁移凸出
41、形核形诱发迁移凸出形核形诱发迁移凸出形核形诱发迁移凸出形核产生。产生。产生。产生。n n有报告认为在有报告认为在有报告认为在有报告认为在Si-MnSi-Mn钢和钢和钢和钢和HSLAHSLA（高强度低合金钢）（高强度低合金钢）（高强度低合金钢）（高强度低合金钢）钢中前一种机构起主要作用，后一种机构起次要钢中前一种机构起主要作用，后一种机构起次要钢中前一种机构起主要作用，后一种机构起次要钢中前一种机构起主要作用，后一种机构起次要作用。作用。作用。作用。一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构晶界凸出形核机制：晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中一般发生在形变较小的金属中变形不均匀，
42、位错密度不同。变形不均匀，位错密度不同。一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构晶界凸出形核机制：晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中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一、静态再结晶的形核机构亚晶界形核机制：亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中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，然后通过原子移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消
43、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晶粒的取向变为一致，合扩散和位置的调整，终于使两个或更多个亚晶粒的取向变为一致，合并成一个大晶粒并成一个大晶粒一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构亚晶界形核机制：亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中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），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晶的核心一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核
44、机构 n n静态再结晶的形核部位静态再结晶的形核部位静态再结晶的形核部位静态再结晶的形核部位优先在三个晶界的交点处优先在三个晶界的交点处优先在三个晶界的交点处优先在三个晶界的交点处产生产生产生产生，其次在晶界处发生其次在晶界处发生其次在晶界处发生其次在晶界处发生，通常不发生在晶内。，通常不发生在晶内。，通常不发生在晶内。，通常不发生在晶内。只有只有只有只有在低温大变形量下，在晶内形成非常强的变在低温大变形量下，在晶内形成非常强的变在低温大变形量下，在晶内形成非常强的变在低温大变形量下，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。形带后，才能在晶内的变形带上形核。形带后，才能在晶内的变
45、形带上形核。形带后，才能在晶内的变形带上形核。n n同时由于变形的不均匀性（它既可以是由于动回同时由于变形的不均匀性（它既可以是由于动回同时由于变形的不均匀性（它既可以是由于动回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，也可复和静回复不能完全消除加工硬化引起的，也可复和静回复不能完全消除加工硬化引起的，也可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），以是由于动态再结晶不完全所引起的），以是由于动态再结晶不完全所引起的），以是由于动态再结晶不完全所引起的），静态再静态再静态再静态再结晶晶核的形成也是不均匀的，因此容易产生初结
46、晶晶核的形成也是不均匀的，因此容易产生初结晶晶核的形成也是不均匀的，因此容易产生初结晶晶核的形成也是不均匀的，因此容易产生初期的大直径晶粒。期的大直径晶粒。期的大直径晶粒。期的大直径晶粒。一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构 n n再再再再结结结结晶晶晶晶的的的的驱驱驱驱动动动动力力力力是是是是储储储储存存存存能能能能。它它它它是是是是以以以以结结结结构构构构缺缺缺缺陷陷陷陷所所所所伴伴伴伴生的能量方式存在。生的能量方式存在。生的能量方式存在。生的能量方式存在。n n影响储存能的因素可以分为两大类：影响储存能的因素可以分为两大类：影响储存能的因素可以分为两大类：影响储存能的因素可以
47、分为两大类：一一一一类类类类是是是是工工工工艺艺艺艺条条条条件件件件，其其其其中中中中主主主主要要要要是是是是变变变变形形形形量量量量、变变变变形形形形温温温温度、变形速度度、变形速度度、变形速度度、变形速度；另另另另一一一一类类类类是是是是材材材材料料料料的的的的内内内内在在在在因因因因素素素素，主主主主要要要要是是是是材材材材料料料料的的的的化化化化学学学学成分和冶金状态成分和冶金状态成分和冶金状态成分和冶金状态等。等。等。等。一、静态再结晶的形核机构一、静态再结晶的形核机构 n n储存能随变形量的增加而增加，但其增加速率逐渐减慢，储存能随变形量的增加而增加，但其增加速率逐渐减慢，储存能随
48、变形量的增加而增加，但其增加速率逐渐减慢，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。有趋于饱和的趋势。有趋于饱和的趋势。有趋于饱和的趋势。n n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。的，都是由于加工硬化程度降低而使储存能减少。的，都是由于加工硬化程度降低而使储存能减少。的，都是由于加工硬化程度降低而使储存能减少。n n在相同条件下变形的金属，储存能将随金属熔点的降低
49、而在相同条件下变形的金属，储存能将随金属熔点的降低而在相同条件下变形的金属，储存能将随金属熔点的降低而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减小减小减小(只有只有只有只有银银银银例外例外例外例外)。n n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。能增加。能增加。能增加。n n在其它条件相同的情况下，细晶粒比粗晶粒的储存能高。在其它条件相同的情况下，细晶粒比粗晶粒的储存能高。在其它条件相同的情况下，细晶粒比粗晶粒的储
50、存能高。在其它条件相同的情况下，细晶粒比粗晶粒的储存能高。二、静态再结晶的临界变形量二、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。在一定热变形后的静态再结晶不是无条件发生的。在一定热变形后的静态再结晶不是无条件发生的。在一定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的变形温度和变形速度下，为了使静态再结晶发的变形温度和变形速度下，为了使静态再结晶发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，生，给以某一个临界值以上的变形量是必要的，生，给以某一个临界值以上的变形量是必要的，生，给以某一个临界