金属及热处理05形变热处理篇研究培训讲学.ppt

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1、金属及热处理05形变热处理篇研究1、概述（1）概念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。（2）处理对象——热处理可强化合金（时效强化型合金，如Al等有色合金，和基于其它固态相变（马氏体相变）型的合金，如钢铁）形变热处理的分类：按温度分低温形变热处理和高温形变热处理（预形变形变热处理、综合形变热处理）；按相变分时效性和马氏体型。（3）变形↔缺陷↔相变的关系（相互影响）塑性变形→合金内部晶体缺陷变化（如位错、层错、亚晶界、空位等亚结构）。即，缺陷增加，且分布改变。（如位错，密度增加，形成位错网，位错网胞等）缺陷引入的影响——i、产生亚

2、结构强化（位错增加——加工硬化；亚晶产生——细晶强化）；ii、脱溶物分布均匀，位错均匀性显然优于晶界，脱溶物形核均匀；iii、亚结构（尤其是亚晶界）分散应力集中，减小晶界断裂的可能性。脱溶相对缺陷的影响——i、亚结构分布均匀；ii、亚结构稳定（阻碍运动、钉扎）因此，形变热处理不是简单的形变强化与相变强化的叠加。另外，如果在变形过程中或后续热处理过程中缺陷（亚结构）消失，在脱溶相变中没有起作用，就失去了形变热处理的意义。（4）实质产生缺陷，形成亚结构，改善脱溶产物的分布状态（或相变后组织状态），从而使材料性能优于形变强化和时效强化。（5）获取亚结构的方法i、冷变形——位

3、错增殖，形成位错网、位错网胞；ii、回复退火——冷变形金属发生回复，产生亚晶界、多边化或胞状亚结构等；iii、热变形——变形温度、速度、程度变化，可能发生动态回复、动态再结晶、亚动态再结晶，有时后续加热时发生静态回复与再结晶。如果防止再结晶（静态（形变后再加热）、动态（形变过程中）、亚动态（形变后余热）），也可以获得亚晶界等亚结构。脱溶相缺陷稳定提供形核处冷、温、热变形给金属带来的组织影响冷变形(1)纤维组织(2)变形织构(3)晶体畸变与缺陷（储能蓄积）——点缺陷、位错、亚晶界、堆垛层错等以及位错缠结、位错网胞等亚结构回复——储能降低，能量再分配，主要是空位、位错等运

4、动、重布的过程；再结晶——储能差消失，无结构、成分的改变，仅伴随着缺陷运动与消失，是一种组织变化。晶粒长大——晶粒以小吃大，即，界面能下降的过程。有利于形变热处理的：(1)空位——自然时效，GP区；(2)位错（缠结、网胞等）——低温人工时效，GP区、亚稳相（较不稳定的）等；(3)亚晶界（层错、孪晶界等）——较高温人工时效，亚稳相（较稳定的）等；(4)晶界（再结晶和晶粒长大）——高温人工时效，稳定相；温、热变形(1)纤维（带状）组织(2)变形织构(3)晶体畸变与缺陷（储能蓄积）(4)动态回复与再结晶（储能释放）(5)不同变形温度软化机制不同，所得组织不同动态回复——储能

5、增加与降低、位错增殖与消失、位错交滑移、攀移而重组，未发生再结晶的晶粒延长，发生动态多边化的过程；动态再结晶——储能差消失，位错密度强烈下降，晶内亚结构不均匀，形成锯齿状晶界，原始晶粒周围出现新晶粒，晶粒为等轴的。亚动态再结晶——在热变形终了后已开始的动态再结晶的继续发展（终了后余热可驱动亚动态再结晶、静态回复与再结晶）有利于形变热处理的：(1)空位（在较低的温度下温变形）——自然时效，GP区；(2)位错（温变形）——低温人工时效，GP区、亚稳相（较不稳定的）等；(3)亚晶界（不驱动动态再结晶的热变形）——较高温人工时效，亚稳相（较稳定的）等；(4)晶界（再结晶和晶粒

6、长大）——高温人工时效，稳定相；金属在一定温度下热变形过程三种软化过程与变形程度的关系图金属热变形过程动态和静态过程综合图（挤压）金属热变形过程动态和静态过程综合图（轧制）时效强化型合金的低温形变热处理由如下基本形式2、时效强化型合金的低温形变热处理在时效前进行冷变形。（1）典型工艺如图所示。（2）冷变形的作用i、空位产生、位错增殖ii、破碎晶粒，形成纤维组织iii、平衡内应力组织分析：冷变形引入大量的空位（团）和位错（形成位错网，位错网胞），提高储能，而低温时效时，基体可能发生轻度或强烈回复，可能有大量空位、位错、甚至亚晶界存在；（相比之下，未冷变形合金则晶粒仍为淬

7、火态的晶粒（可能也有淬火空位（团）、淬火位错，量少）），这样，析出粒子有可能更弥散（位错形核，不局限于晶界，而且多边化↔粒子→细晶，有利于颗粒均匀，PFZ减小或消除）。然而，能量增高，处于亚稳态，而且组织有方向性，呈纤维组织。性能分析（与普通热处理的相比）：缺陷密度增多，沉淀均匀，弥散强化效果提高；位错密度增大、形成亚晶界，增加亚结构强化；因此，i、抗拉强度和屈服强度提高，但塑性降低，热稳定性下降；ii、晶间腐蚀抗力提高（PFZ减小或消除）iii、各向异性增大淬火冷变形时效(Lowtemperaturethermomechanicaltreatmen