动态再结晶及其机制

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1、动态再结晶及其机制引言工程上常将再结晶温度以上的加工成为“热加工”，而把再结晶温度以下而又不加热的加工称为“冷加工”。至于“温加工”则介于二者之间，其变形温度低于再结晶温度，却高于室温。高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和静态再结晶。若提高金属变形的温度,使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复和动态再结晶。一、动态再结晶定义在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶

2、的现象。这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。第一阶段—加工硬化阶段：应力随应变上升很快，金属出现加工硬化（0<ε<εc）。 第二阶段—动态再结晶开始阶段：应变达到临界值εc，动态再结晶开始，其软化作用随应变增加而上升的幅度逐渐降低，当σ>σmax时，动态再结晶的软化作用超过加工硬化，应力随应变增加而下降（εc≤ε<εs）。 第三阶段—稳定流变阶段：随真应变的增加，加工硬化和动态再结晶引起的软化趋于平衡，流变应力趋于恒定。但当ε以低速率进行时，曲线出现波动，其原因主要是位错密度变化慢引起。（ε≥εs）

3、二、动态再结晶的应力应变曲线值得注意的是：温度为常数时，随应变速率增加，动态再结晶应力应变曲线向上向右移动，对应的应变增大：而应变速率一定时，温度升高，曲线会向下向左移动，最大应力对应的应变减小.三、动态再结晶的机制3.1概述在低应变速率下，动态再结晶通过原晶界的弓出机制形核。与其对应的稳定态阶段的曲线呈波浪形变化，这是由于位错增殖速度小，在发生动态再结晶软化后，继续进行再结晶的驱动力减小，再结晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲线重新上升。等到位错再度积累到一定程度，使再结晶又占上风时，曲线又重新下降。这种反复变化的过程将不断进行下去，变化周期大致不变，

4、但振幅逐渐衰减。因此这种情况下，动态再结品与加工硬化交替进行：使曲线呈波浪式。层错能偏低的材料如铜及其合金，奥氏体钢等易出现动态再结晶。故动态再结晶是低的层错能金属材料热交形的主要软化机制。在高应变速率下，则通过亚晶聚集长大方式进行。随变形量增加位错密度不断增高，使动态再结晶加快，软化作用逐渐增强，当软化作用开始大于加工硬化作用时．曲线开始下降。当变形造成的硬化与再结晶造成的软化达到动态平衡时，曲线进入稳定阶段。3.2　两种经典的动态再结晶机制①应变诱发晶界迁移机制(也叫晶界弓出机制)。应变诱发晶界迁移机制是大角度晶界两侧存在着位错密度差的结果。如图1所示,由于大角度晶界两侧亚晶含有

5、不同的位错密度,致使两侧亚晶所含的应变储能不同,在应变储能差这一驱动力的作用下,大角度晶界会向位错密度高的一侧迁移,继而形成无应变的再结晶晶粒;②亚晶粗化机制。如图2所示,位相差不大的两相邻亚晶为了降低表面能而转动相互合并。在这个过程中,为了形成新的晶界并消除两亚晶合并后的公共亚晶界,需要两亚晶小角度晶界上位错的滑移和攀移来实现,亚晶转动合并后,由于转动的作用会增大其与相邻亚晶之间的位向差,就这样形成大角度晶界,形成了新的再结晶晶粒。3.3　新的动态再结晶机制的研究及进展许多学者对高应变速率条件下材料的动态再结晶机制进行了研究。McQueen等人认为,在应变速率很高的条件下,再结晶核

6、心可以从位向差很大的胞状组织(或亚组织)直接发展而来,而不必从预先已经存在的大角度晶界中形成,这是与传统再结晶机制不同的地方,预示着其他动态再结晶机制的存在。Chen等人认为动态再结晶的激活能跟应力密切相关,扩散过程不是决定动态再结晶的唯一因素。然而,传统动态再结晶机制实质上是一种扩散控制机制(如图2),再结晶过程的完成都必须依靠空位迁移等扩散过程来实现。这种扩散控制机制太慢,不能在高速动态变形的过程中形成大角度亚晶界完成再结晶过程,因此,这种大角度的亚晶界可能是通过其他途径形成的。后来许多学者认为,大应变速率下晶粒的机械转动可能是这种再结晶机制的关键。由此提出以下机制:①晶粒机械破

7、碎及晶界迁移、亚晶粗化的混合机制。在大变形条件下,晶粒被拉长。如果再受到冲击载荷的作用,被拉长的亚晶会逐渐破碎成微小的再结晶核心。这种再结晶核心一旦形成,晶界迁移机制便开始起作用。最后形成稳定的再结晶晶粒。图3说明了这种再结晶整个过程。这种再结晶模型的缺点是它只是一种粗略的、定性的过程说明,没有考虑到宏观大变形速率的影响;②机械辅助亚晶(转动)粗化再结晶模型。Flaqtier等人提出了适于低温、大塑性变形条件的机械辅助亚晶粗化再结晶机制。认为在低温时,变形