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1、钢形变热处理（讲义）ThermomechanicalTreatments张家泉北京科技大学引言其将金属材料的范性形变和固态相变两种过程，并将两者有机地结合起来，利用金属材料在形变过程中组织结构的改变，影响相变过程和相变产物，以得到所期望的组织与性能。Thermomechanicaltreatmentinvolvesthesimultaneousapplicationofheatandadeformationprocesstoanalloy,inordertochangeitsshapeandrefinethemicrostructure.hot-rollingofmetals,aw
2、ell-establishedindustrialprocess,isathermomechanicaltreatmentwhichplaysanimportantpartintheprocessingofsteels.ThetraditionalfabricationrouteinvolvesthecastingofingotsorCCsemisvaryinginsizefrom1to50tones,whicharesoakedatveryhightemperatures(1200-1300°C),thenprogressivelyhotrolledtobillets,barsa
3、ndsheet.Thisleadstothebreakingdownoftheoriginalcoarsecaststructurebyrepeatedrecrystallizationofthesteelwhileintheausteniticcondition,andbythegradualreductionofinhomogeneitiesofcompositioncausedbysegregationduringcasting.Also,theinevitablenon-metallicinclusions,i.e.oxides,silicates,sulphides,ar
4、ebrokenup,somedeformed,anddistributedthroughoutthesteelinamoreuniformmanner.形变热处理的主要优点将金属材料的成形与获得材料的最终性能结合在一起，简化了生产过程，节约能源消耗及设备投资。与普通热处理比较，形变热处理后金属材料能达到更好的强度与韧性相配合的机械性能。有些钢特别是微合金化钢，唯有采用形变热处理才能充分发挥钢中合金元素的作用,得到强度高、塑性好的性能。形变热处理的特点形变热处理已广泛应用于生产金属与合金的板材、带材、管材、丝材，和各种零件如板簧、连杆、叶片、工具、模具等。形变热处理工艺中的塑性变形（
5、范性形变），可以用轧、锻、挤压、拉拔等各种形式；与其相配合的相变有共析分解、马氏体相变、脱溶等。形变与相变的顺序也多种多样：有先形变后相变；或在相变过程中进行形变；也可在某两种相变之间进行形变。形变对母相的作用形变热处理中，形变使相变前的母相的组织结构甚至成分都起变化，形变后或形变过程中的相变在相变动力学和相变产物的类型、形貌等方面，都不同于一般热处理，从而得到良好的性能。形变对母相组织结构带来的变化随形变条件（形变温度、道次形变量、总形变量、形变速度……）及金属材料成分的不同而有差异。母相形变后组织结构的变化①在再结晶温度以上形变，道次形变量如超过再结晶临界变形量，则母相发生动态
6、或静态的再结晶，使晶粒得到细化；如进行多道次形变,则发生多次再结晶,母相的晶粒显著细化（见回复（较低温度下）和再结晶（较高温度下易完成）:形变后高能态金属自发向形变前低自由能状态恢复的物理现象）。②在材料的再结晶温度以下形变，母相不发生再结晶，而产生大量晶体缺陷，或仅发生回复过程，形成多边化亚结构。③形变诱发第二相由母相中析出，析出的第二相又与位错交互作用，使母相的成分与结构皆发生变化。形变热处理中，形变后的母相组织经常是以上几类的综合。形变对相变的作用以钢的奥氏体状态为例，形变后的奥氏体对以后的相变及相变产物的作用：（1）对铁素体－珠光体型相变的作用形变后产生了再结晶的细奥氏体晶
7、粒，使冷却转变后的铁素体也相应得到细化。形变后未发生再结晶的奥氏体中的大量晶体缺陷，为此后铁素体的转变提供了大量形核位置，并使铁素体形核的热激活过程更容易进行。这两者使转变后的铁素体晶粒细化;此外形变的奥氏体有加速扩散过程,加速铁素体转变速度，提高铁素体形成的温度。如果在奥氏体中存在有形变诱发析出的第二相，则对细化铁素体晶粒更为有效。低碳,含有微量(〈0.01％)的Nb、V、Ti合金元素的微合金化钢，就属于这类情况。形变使奥氏体产生多边化亚晶，在奥氏体晶界堆积较多的位
