原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素体动态再结晶的影响

第 � � 卷 � � � 年 月 第 期 !� !一 !� ∀ 页 今 扁 学 玻 # ∃ % # &∋ % # ( () ∗ + ,∃ # −,. ,∃ # / 0 !1 � � 23 4 1 � � � . 0 1 55 1 ! � !一 !� ∀ 原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素体动态再结晶的影响 6 李龙飞 杨王明 7北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 ! � � �8 9: 孙祖庆 7北京科技大学新金属材料国家实验室 , 北京 ! � � � 89 : 摘 要 采用 + ;33 4; 3 !< == 型热模拟试验机进行单轴热压缩实验 , 研究了 � 种不同原始晶粒尺寸的低碳钢在变形温度为 ∀� � 和 0 � � ℃ , 应变速率为 !�! 一! � 一 9 < 一 ! 条件下的变形特性及组织演变规律 , 探讨了原始晶粒尺寸和热加工参数 > 值对铁素体 动态再结晶过程的影响 1 结果明 ? 在本实验变形条件范围内, � 种不同原始晶粒尺寸的低碳钢均可发生铁素体动态再结晶 , 原始 晶粒尺寸的减小, 不但在恒定 > 值条件下有利于动态再结晶过程的进行 , 而且使铁素体可以发生动态再结晶的临界 > 值和发生 不连续动态再结晶的临界 > 值均增大 1 形变强化相变生成的细小铁素体晶粒在热变形时易于发生动态再结晶 , 只要控制好热加工 参数 , 可以利用动态再结晶过程 , 进一步细化形变强化相变生成的铁素体晶粒 1 关键词 铁素体动态再结晶 , 低碳钢 , 原始晶粒尺寸 , 热加工参数 > 中图法分类号 % + ≅≅ ≅ 1 ∀ , % + ! � 1 9 ! 文献标识码 # 文章编号 � � ! 一 ! Α0 ! 7 �� �:� 一� ! � ! 一 � ∀ ∋ 2 2 ∋ ∃ % = 2 ,. ,% ,# ( + ∗ # ,. − ,> ∋ = . Β Χ . # & ,∃ ∗ ∋ ∃ ∗ Χ − % # ( ( ,> # % ,= . = 2 2 ∋ ∗ ∗ ,% ∋ ,. # ( = / / ∃ # ∗ Δ = . − % ∋ ∋ ( ( ; ( Ε Ε ΦΓ3 乞, Η且. + Ι几ϑΚ 夕军。 3−3 Λ Ε Ε ; Ε Γ & Μ Ν3 Ο ≅Μ ;Π − 3 ≅3 Κ 3 3 Θ ∋ Κ Φ ≅Κ 3 3 Ο ≅Κ Φ , ) Κ ≅Ρ 3 Ο Π≅ΝΣ Ε Γ −3 ≅3 Κ 3 3 Θ %3 3 Λ Κ Ε ;Ε Φ Σ Δ 3≅Τ ≅Κ Φ , Δ 3 ≅Τ≅Κ Φ ! � � � 8 9 − ) . > Υ ς艺Κ Φ % Λ 3 − ΝΜ Ν 3 Ω 叮 ( Μ 4 Ε Ο Μ ΝΕ ΟΣ ΓΕ Ο # ΞΡΜΚ 3 3Ξ & 3Ν Μ ;Π Μ Κ Ξ & Μ Ν3 Ο ≅Μ ;Π , ) Κ ≅Ρ 3 Ο Π ≅ΝΣ Ε Γ − 3≅3 Κ 3 3 Θ %3 3 ΛΚ Ε ;Ε ΦΣ Δ 3 ≅Τ≅Κ Φ , Δ 3 ≅Τ≅Κ Φ!� � � 8 9 ∃Ε Ο二印Ε Κ Ξ 3 Κ 忿? Χ# . + Ψ Μ Κ 夕万。 3 , 5 ∀1Ε1 介< < � ? , %3 ;? 7� , �: ‘习, 粼 , , 夕, 2Μ 二 ? 7= ? �: 0忍夕忍湘Π夕,界 Ζ Μ ≅;? 叨, 夕Μ Κ Φ 口 Ζ Μ Ν Ε Ο 1 Υ Π Ν乙3 Ξ 以 1 3 Κ− Υ [ [ Ε ? 忿3 Ξ 4 , .Μ Ν云。二 Μ ;.Μ Ν二ΟΜ ; − 3乞。Κ 3 Ε 2Ε Ε Κ Ξ Μ 云乞Ε Κ ΕΓ ∃Λ 艺Κ Μ 卿� 1 � � , ∀ , Ε娜: Μ Κ Ξ .Μ 亡￡Ε Κ Μ ;Ω3 夕 Δ Μ Π乞3∗ 3 Π 3 Μ Ο∴ Λ Μ Κ Ξ Β Ε Ρ 3 ;叩。3 Κ , [ 叼ΟΜ Ζ Ζ 3 ΕΓ ∃Λ 艺Κ Μ 了. 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Α Α 8 � 0 !< � 0 资助项 目 收到初稿日期 ? �� 9一� 一 � , 收到修改稿日期 ? � �9 一� 0一� 作者简介 ? 李龙飞 , 男 , ! Α∀ ∀ 年生 , 博士生 表明, 过冷奥氏体热变形过程中有两个不同的控制过程 , 形 变强化相变和铁素体动态再结晶 1 形变初期, 以形变强化 相变为主 , 这是一个以形核为主导的过程 , 是晶粒细化的 主要因素1 当相变基本完成以后 , 铁素体动态再结晶导致晶 粒进一步细化 1 前一阶段的行为对后一阶段过程有重要影 响 α;β 1 这里有几个问题值得思考 ? 7;: 按照传统的物理冶 !� 金 属 学 报 ��卷 金学观点, 体心立方结构的铁素体 , 具有较高的层错能 , 位 错的交滑移和攀移过程容易进行 在热变形过程中 , 动态 回复是其唯一的软化机制 周 1 那么 , 对于具有珠光体等第 二组织的低碳钢 , 热变形过程中的铁素体动态回复如何向 动态再结晶过渡 χ 低碳钢铁素体动态再结晶的基本规律 是什么 χ 7 : 低碳钢通过形变强化相变获得小于 < 拼ΟΚ 的铁素体晶粒与较为弥散分布的片层状珠光体团 、 离异珠 光体或者是颗粒状渗碳体等第二组织组成的复相组织 , 这 些不同形式的第二组织如何与铁素体发生交互作用 , 使得 热变形过程中铁素体的动态回复向动态再结晶过渡 χ 79 : 不同尺寸的原始铁素体晶粒及不同分布的第二组织 , 在热 变形过程中铁素体动态再结晶的规律是否相同 χ 本文作 者曾经分别对前两个问题进行研究 αΠ, �〕, 结果表明在很 宽的热变形工艺条件下 , 低碳钢中均能发生铁素体动态再 结晶现象 , 珠光体或分散的渗碳体对再结晶过程起促进作 用 本文以不同尺寸铁素体晶粒在热变形过程中动态再结 晶的发生与发展为研究主题 , 揭示原始晶粒尺寸对铁素体 动态再结晶基本规律及铁素体晶粒超细化的影响 1 在丰富 低碳钢铁素体动态再结晶理论的同时 , 也有利于更好地制 定热加工工艺, 充分利用形变强化相变和铁素体动态再结 晶细化晶粒的作用 , 获得超细化的铁素体晶粒 1 ∀ �� ℃ , < Ζ ≅Κ 瓦δ尸黑 彭 !� ℃ εΠ Ψ = 图 ! 热加工工艺示意图 2 ≅Φ 1 ! −3 Λ3 Ζ Μ Ν ≅3 Ξ ≅Μ Φ Ο Μ Ζ Ε Γ ΛΕ Ν Ξ 3 ΓΕ ΟΖ Μ Ν≅Ε Κ 别为 ∀ � � 和 0� � ℃ , 应变速率为 ! �! 一 !� 一 “ Π一 ! , 最大名 义变形量为 8� φ , 变形后立即水淬, 由于变形温度低 , 水 冷足以抑制静态再结晶的发生 1 将变形试样沿压缩方向切 开 , 观察面平行压缩方向 , 机械抛光后用 �φ 硝酸酒精溶 液侵蚀 , 组织观察在 ( ∋ = 9 <� 型扫描电镜上进行 1 实验结果 图 为低碳钢锻后空冷及经不同热处理工艺处理后 ! 实验方法 本实验所用低碳钢为 �� Ζ Ζ 厚的连铸连轧中间坯 1 其化学成分 7质量分数 , φ :为 ? ∃ � 1 ! ∀! , < �1 � !9 , 5 � 1 � ! ∀ , < ! � 1 � Α , & Κ � 1 9 0 , ∃ Ο � 1 � , . ≅ � 1 � 9 , ∃ Υ � 1 � ! , # , � 1 � < , & Ε � 1 � ! 1 在 ! !� �一 8 <� ℃热锻成直径为 ! < Ζ Ζ , 长为 ; Ζ 的棒材 , 空冷后得到的铁素体原始晶粒尺寸约 为 � 拼Ζ 7设为 . Ε 1 9 :1 经过不同的热处理方式 , 得到不 同的铁素体晶粒尺寸, 分别约为 ! �� , <� 和 !� 娜Ζ 7分别 设为 . ΕΠ 1 丸 , 封 见表 ! 1 然后加工成直径为 8 Ζ Ζ , 长为 !< γ 的圆柱试样 1 铁素体单相区变形在 + ;33 4; 3 !< ��型热模拟试验机上采用单轴压缩实验进行 1 为了避免 Μ 井 守 相变对铁素体动态再结晶研究的干 扰 , 采用直接加热至 # ∴ ; 点 7∀ �� ℃ :以下温度 ∀�� ℃保 温后在铁素体相区变形的工艺 7如图 !所示:, 变形温度分 表 ! 获得不同原始铁素体晶粒尺寸的热处理工艺 % Μ 4 ;3 ! Ι 3 ΜΝ Ν Ο 3 Μ ΝΖ 3 Κ Ν [ Ο Ε 3 3 Π Π ΓΕ Ο Ξ ≅瓜Ο 3 ΚΝ ≅Κ ≅Ν≅Μ ; Γ3 Ο Ο ≅Ν 3 Φ ΟΜ; Κ Π ;ϑ 3 − Μ Ζ 5;3 . Ε Ζ ≅Κ Μ ; Γ3 Ο Ο ≅Ν3 . Ε 1 Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 , 拼Κ ≅ Ι 3 Μ Ν Ν Ο 3 Μ ΝΖ 3 Κ Ν # 3 ΝΥ Μ ; Γ3 Ο Ο ≅Ν 3 5 Ο Ε ∴ 3 Π − Φ Ο Μ ;Κ Π ;ϑ 3 , 拼Ζ ! � � ℃ , Λ3 ;Ξ ΓΕ Ο 9 � Ζ ≅Κ , Π;Ε ] ;Σ 3 Ε Ε ;≅Κ Φ Α < � ℃ , Λ3 ;Ξ ΓΕ Ο 9 � Ζ ≅Κ , Π;Ε] ;Σ 3 Ε Ε ;≅Κ Φ ! ! � �一8 < � ℃ Λ Ε Ν ΓΕ Ο Φ 3 Ξ , Μ ≅Ο 3 Ε Ε ;≅Κ Φ Α � = Μ∃ , Λ3 ;Ξ ΓΕ Ο < Ζ ≅Κ , Μ ≅Ο 3 Ε Ε ;≅Κ Φ Α � 石士 1 8 < 1 !士9 1 � 1 !士 1 ! ! � � 士 ! 1 ! 图 低碳钢经过不同热处理工艺处理得到的原始组织 2 ≅Φ 1 & ≅3 Ο Ε Π Ν Ο Υ 3 Ν Υ Ο 3 Π Ε Γ ;Ε] 3 Μ Ο 4 Ε Κ ΠΝ3 3; Π ] ≅ΝΛ Ξ ≅ΓΓ3 Ο ⎯ 3 Κ Ν ≅Κ ≅Ν≅Μ ; Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 Π Ε 4 Ν Μ ≅Κ 3 Ξ 4Σ Ξ ≅跳Ο 3 Κ Ν Λ3 Μ 出 ΝΟ 3 ΜΝ Ζ 3 Κ Ν Π 。 Π ΛΕ] ≅Κ Φ Ξ ≅ΓΓ3 Ο 3 Ε Ν Ξ ≅Π53 Ο Π≅Κ Φ Π ΝΜΝ Υ Π 3 Π Ε Γ [ 3 Μ Ο;≅Ν3 3 Ε ;Ε Κ ≅3 Π ] ≅ΝΛ Ξ ≅ΓΓ3 Ο 3 Κ Ν ≅Κ ≅Ν ≅Μ ; Φ Ο Μ ≅Κ Ε ≅ϑ 3 Π Ε Γ Γ3 Ο Ο ≅Ν3 7Μ : . Ε 1 ! , Μ 4 Ε Υ Ν ! � � 拼Ζ 74: . Ε 1 , Μ 4 Ε Υ Ν < � 户Ζ 73 : . Ε 9 , Μ 4 Ε Υ Ν � 拼Ζ 7Ξ: . Ε 1 � , Μ4 Ε ΥΝ !� 户Ζ 期 李龙飞等 ? 原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素体动态再结晶的影响 ! � 9 得到的原始组织 1 图 9 是本实验中 9 组典型的应力 一 应变曲线, 由不 同原始晶粒尺寸的低碳钢在 ∀�� ℃ , 不同应变速率条件下 变形得到 1 图 � 是相应的变形组织 7应变量为 ! 1叫 1 从图 9 可见 , 在不同原始晶粒尺寸条件下 , 随着应变速率的提 高, 应力 一 应变曲线的流变应力增加 , 形状发生改变1 原 始晶粒尺寸越大 , 发生曲线形状改变的应变速率越低 1 在低应变速率 7‘η !� 一 ” Π一 ! :条件下 , � 种原始晶粒 尺寸的低碳钢的应力 一 应变曲线 7图 9Μ: 基本相同 , 均为 存在明显应力峰的动态再结晶型曲线 , 而且在第一个应力 峰之后的应力下降到谷底后 , 由于变形组织的再结晶软化 ! < 画 ∀� � Ε∃ , !� ’9 < 一 ! , γ ⎯ 一 一 γ 一 ∃ Β� , 俘Ζ Μ 一一!� � 卜 毛 = ∃提=Ξ 3Π ! � � 1 < ! 1 � ! 1 < 刀 石 % ΟΥ 3 −ΝΟΜ ≅Κ ∀ � � ι ℃ 1 ! � 三七条 , 一‘花卜二 Β� , 水之Ζ Μ一一! �� 卜一< � 今一 � 己 !� = (一‘� 1 � � 1 < % ΟΥ 3 ΠΝΟΜ 旧 9� � (7∴ : ∀ � � ℃ , ! � < ’ ! Β� , 林Ζ日 ⎯ 1 !� � 卜一< � ∃一卫 � Ξ ΟΜ ⎯ ! � 飞 = (一一一一ϕ 一⎯一γ γ γ ⎯ 一一一一‘γ γ一一一一一γ γ 二一一一一�刀 � 1 < ! 1 � ! 1< � 1 <% 2) 3 − ΝΓΜ ;Κ 图 9 不同原始晶粒尺寸的低碳钢在 ∀� � ℃ , 不同应变速率条 件下变形得到的应力 一 应变曲线 2 ≅Φ · 9 ∋价3Ν Ε Γ ≅Κ ≅Ν≅Μ ; Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 Ε Κ ΠΝΟ 3 Π Π 一ΠΝ Ο Μ ≅Κ 3 Υ Ο Ρ 3 Ε Γ !� 、Ρ 3 Μ Ο 4 Ε Κ ΠΝ3 3 ; Ξ 3 ΓΕ ΟΖ 3 Ξ ΜΝ ∀ � � ℃ Μ Κ Ξ Π ΝΟ Μ ≅Κ Ο Μ Ν 3 Π Ε Γ 7Μ :, 己η !� 一 ! < 一 ! 74: Μ Κ Ξ ‘η ! � ! <一 ! 73: 能力下降, 流变应力开始上升 , 直至第二轮动态再结晶的 发生导致流变应力下降 , 出现第二个应力峰1 从图 � 应变 量为 ! 1 0! , 不同原始晶粒尺寸 , ‘η !� 一 9 < 一 ! 条件下的变 形组织可以看出 , 变形组织基本上是动态再结晶晶粒 , 且 晶粒尺寸差别不大 , 略小于 !� 户Ζ 1 但由原始组织中的 珠光体碎化得到的渗碳体颗粒的分散度却不同 , 原始晶粒 尺寸越小 , 分散度越大 , 这一方面与细晶原始组织中珠光 体的团径小且分散有关 7图 :, 另一方面与细小且分散的 珠光体团本身对动态再结晶的促进作用有关 1 � 种原始 晶粒尺寸的低碳钢在 ∀ � � ℃ , !� 一” −一 ! 条件下变形时 的峰值应变 ? Ζ 如图 < 所示 , 显然 , 原始晶粒尺寸越小 , 珠光体团越细小分散 , 变形组织越容易发生动态再结晶 , 珠光体团也越容易参与动态再结晶过程 , 并分散成渗碳体 颗粒 1 即珠光体团的分散度可以表征动态再结晶的发展程 度 1 图 0 Μ 是原始晶粒尺寸分别为 !� , � 和 !�� 拜Ζ 的 低碳钢在 ∀� � ℃ , !� 一9 < 一 ! 条件下变形时动态再结晶转 变量随应变量增加的发展过程 1 图 ∀ 是与其对应的铁素 体晶粒平均截径的变化 1 当铁素体晶粒的平均截径基本不 变时 , 可以认为动态再结晶引起的软化过程进入稳态 1 结 合两图可以看出 , 在低应变速率条件下 , 变形组织发生了 不连续动态再结晶 , 原始晶粒尺寸对动态再结晶动力学有 一定影响 , 原始晶粒尺寸越小 , 动态再结晶过程越容易进 行 , 进入稳态所需的应变越小 , 但原始晶粒尺寸对稳态晶 粒尺寸无明显影响 在中等应变速率 7‘η !� 一 ! < 一‘: 条件下 , � 种原始 晶粒尺寸的低碳钢的应力 一 应变曲线 7图 9 4: 有着明显 的区别 1 两种细晶组织的低碳钢的应力 一 应变曲线为动 态再结晶型曲线、 但第一个应力峰之后的应力软化现象比 低应变速率条件下的明显 , 而第二个应力峰要弱一些 1 粗 晶条件下 , 原始晶粒尺寸为 <� 拼Ζ 的低碳钢的应力 一 应 变曲线在大应变量条件下才出现较明显的应力软化 , 而原 始晶粒尺寸为 !� � 户Ζ 的低碳钢的应力 一 应变曲线没有 明显的应力软化现象 1 从图 � 中应变量为 ! 1 0! 应变速率 兰η !� 一 ! < 一 ! 的变形组织可以看出 , 在细晶条件下 , 变形 组织中主要是再结晶晶粒 , 但原始晶粒尺寸增大导致再结 晶分数降低 , 珠光体的分散度降低 κ 在粗晶条件下 , 变形 组织中包括变形铁素体晶粒和原始晶界及珠光体附近的 细小晶粒 , 原始晶粒尺寸增大, 细小晶粒的数目减少 , 但 变形的珠光体无分散现象 1 图 04 表征了原始晶粒尺寸分 别为 � 和 ! �� 料Ζ 的低碳钢在 ∀� = ∴∴ , !� 一 ! < 一 ! 条件 下变形时动态再结晶的发展过程 , 结合本文作者的前期工 作 αΜβ 可知 , 在 � 拼Ζ 条件下发生的是与低应变速率条 件下相同的不连续动态再结晶过程 α< 一 ∀〕, 存在再结晶晶 粒的形成及长大过程 κ 而在粗晶条件下发生的是连续动态 再结晶过程 λΠβ , 细小的再结晶晶粒仅在大应变量条件下大 量生成 1 显然 , 在 ∀� � ℃ , !� 一 ! < 一 ! 条件下变形时 , 原 ∀ < ΖΞ芝肠 < � 。的巴祠的ΦΚΤ; <���<�门氏芝,Π仍。勃�<己卜 定黔 左蔽 一 茄偏 ι : 期 李龙飞等 ? 原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素体动态再结晶的影响 ! � < 一 口一 !� � 林Ζ 0�8��� 任二沁 777Μ : ∀ � � ℃ 1 !� · 9 < ,, ⎯⎯⎯一一0�8��� �岁1义比=卜�ΥΕ一门七=∋三夕 % Ο) 3 − Ν28 ≅Κ � 1� � 1 8% Ο) 3 ΠΝΟΜ ≅Κ 之 ! 1 0”。。网8 。⋯0 。μ‘Ε「 � 卜 ∀� � ,∃ 1 !� 一! < · ! 图 ∀ 不同原始晶粒尺寸的低碳钢在 ∀ � � ℃ , !� 一 9 < 一 ! 条件下变形时铁素体晶粒平均截径随应变量增加的变化趋势2 ≅Φ 1 ∀ # Ρ3 Ο吧3 ≅ΚΝ 3 Ο 3 3 [ Ν ;3 Κ Φ Ν Λ 7Ξ : Ε Γ Γ3 Ο Ο ≅Ν 3 Φ Ο Μ ≅Κ Π 。, Ν Ο Υ 3Π ΝΟ Μ ≅Κ ΓΕ Ο Ν Λ 3 !� , Ρ 3 Μ Ο 4 Ε Κ Π Ν3 3 ;Π ] ≅ΝΛ Ξ ;Γ;毛Ο 3 Κ Ν ≅Κ ≅Ν ≅Μ ;Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 Π Ξ 3ΓΕ Ο Ζ 3 Ξ Μ Ν ∀ � � ℃ Μ Κ Ξ ! � 一9 < 一 !厂 ι 口ε ε ε 一 ι ι了 。一一一一 一曰一 ! 。。匕尸一 1 浏目 一甲一 � 卜Ζ林Ζ岁,ν匕=乞Υ。一乞3ϕϕ=三Κ;Ε# ! 1 � % Ο) 3 ΠΝΟ Μ ≅Κ 止。。网 。 ’ 8 � 卜 ∀ � � ℃ , ! � < , ! 一 Β 一 !� � γ 心∀一 � 砰Ζ 一△一 !� 林Ζ 条件下相类似, 发生了不连续动态再结晶过程 1 与原始晶 粒尺寸为 !� 拼Ζ 的低碳钢 7图 � 中 . 氏 � : 在 ∀ �� ℃ , !� 一 ! < 一 ! 条件下的变形组织相比较 , 其动态再结晶程度 略低些 1 9 讨论 9 1 ! 热加工参数 > 值的确定 热加工参数 > 综合描述了在热加工过程中形变 温度以及应变速率对变形行为的影响 1 其与变形温度 创η % ο ∀9 :, 应变速率 乙和峰值应力 二Ζ 的关系如下 �匕 � 1 � 蒸上江一口 > η ‘3 ν [ 7π ε ∗ % :η 2 7。Ζ : 7! : 式中, π 为表观形变激活能 7和应力几乎无关:, ∗ 为气 体常数 1 对于 2 7Μ Ζ: , 本实验中可取 网 ���� !∀ 火比#乞�。一乞伯七#∃习#% & , ∋ ( 「) ∗ + ,−. /0 州 .12 3 4 3 5 ∗ 67 8尽 .动 8! 2 图 ∀ 原始晶粒尺寸对低碳钢在 9 ∋ ∋ ℃ , 不同应变速率条件下 变形时动态再结晶转变量的影响 : / ; < ∀ =# >) 1 ∗ ?− . ∗ , / ≅ 0 ≅ ? Α Β 0 . 1 /∗ − ∗ ∗ − ΒΧ , . >>/Δ ., /≅ 0 8Ε Φ关 2 ; − . / 0 Γ Χ , − ) ∗ Χ , − . /0 ?≅ − , Η ∗ >≅ Ι ∗ . − ϑ ≅ 0 Χ , ∗ ∗ >Χ Ι / ,Η Α /??∗ − ∗ 0 , / 0 / , / . > ; − . / 0 Χ /Δ ∗ Χ Α ∗ ?≅ −1 ∗ Α . , 9 ∋ ∋ ℃ . 0 Α Α /圭丘 − ∗ 0 , Χ , − . /0 − . , ∗ Χ 寸条件下动态再结晶晶粒的体积分数随应变量增加的变 化趋势 , 从中可以看出 Κ 原始晶粒尺寸为 &∋∋ 娜1 的低 碳钢在应变达到 & < ∀& 时 , 变形组织中仅有极少量动态再 结晶晶粒 , 可以认为在变形过程中未发生动态再结晶 < 细 晶条件下 , 原始晶粒尺寸为 !∋ 料1 的低碳钢在变形过程中 与原始晶粒尺寸为 &∋ ∋ Λ 1 的低碳钢在 9 ∋∋ ℃ , &∋ 一‘ Χ 一 & 条件下相类似 , 在大应变量条件下发生了连续动态再结晶 过程 < 而原始晶粒尺寸为 &∋ 拜1 的低碳钢在变形过程中 与原始晶粒尺寸为 !∋ 拼1 的低碳钢在 9 ∋∋ ℃ , &∋ 一 & Μ 一 & 式中, 5 和 口均为常数< 由图 Ν 可以看出 , 原始晶粒尺寸 对峰值应力的影响不明显 , 根据式 8! 2 可以认为, 本实验 中不同原始晶粒尺寸的低碳钢在同一变形条件下的 4 值 相同 < 本文作者利用图 Ν 的数据 , 通过数值计算的方法 , 计算出本实验中的表观形变激活能 Ο 3 Π ∋Θ < Μ Ρ ΣΤ1 ≅>, 与文献 ΥΧ> 中利用平面应变压缩实验得到 的表观形变 激活能 8Π ∋∋ < ΡΣΤ 1 ≅> 2 基本相同 < 在本实验中, 常数 刀3 < Π Π ∀ 6 > ≅ >“ +“ , 口二∋ < ∋ Μ Π Θ < 图 Θ 给出了本实验中不同原始晶粒尺寸条件下的峰 值应力 二1 与热加工参数 4 的关系曲线 < 从图可见 , 与 式 8! 2 符合得很好 < Π < ! 铁素体动态再结晶的影响因素 表 ! 总结了 种不同原始晶粒尺寸的低碳钢在不同 4 值条件下 , 变形至应变量为 & < ∀& 时变形组织中动态再 !� 0 金 属 学 报 � �卷 ����ΕΕΕΚ�八�>Ξ甘 门Ξ乏、∋匕 ∋ΖΖΖ卜协件抖 一!� 一8 一0 ⎯� 一 ,Κ 7 去, Π ’ !: 图 8 不同原始晶粒尺寸的低碳钢在 ∀ �� 和 0 �� ℃条件下变形 时峰值应力与应变速率的关系 2 ≅Φ ·8 ∗ 3 ;ΜΝ ≅Ε Κ ΠΛ ≅5Π 4 3Ν]3 3 Κ [ 3 Μ _ ΠΝ Ο Ο Μ Ν , 7芭:Ε Γ Ν Λ3 ;Ε ] 3 Μ Ο 4 Ε Κ Π Ν3 3;Π 3“λ 俩 ; κ 7。。 : Μ Κ Ξ Π Ν Ο Μ ≅Κ ΝΛ Ξ ≅!∗ Ο 3 Κ Ν ≅Κ ≅Ν ≅己 ; Φ Ο Μ ≅Κ Π ≅ϑ 3 Π Ξ 3 ΓΕ ΟΖ 3 Ξ ΜΝ ∀ � � Μ Κ Ξ 0 � � ℃ ===== 氦氦徽昙黑! 厂厂一一????月月 1 晌 111门Ξ芝‘‘Β μΚ 7> , Π ’, :图 Α 不同原始晶粒尺寸条件下的峰值应力与热加工参数 > 的 关系 2 ≅Φ 1 Α ∗ 3 ;Μ Ν ≅Ε Κ ΠΛ ≅5Π 4 3 Ν]3 3 Κ [ 3 Μ _ Π ΝΟ 3 Π Π 7。。: Μ Κ Ξ ΛΕ Ν Ξ 。 ΓΕ Ο Ζ ΜΝ ≅Ε Ε [ Μ Ο Μ Ζ 3 Ν3 Ο 7> : Ε Γ ΝΛ3 ;Ε] 3 ΜΟ 4 Ε Κ ΠΝ3 3 ;] ≅ΝΛ Ξ ≅ΓΓ3 Ο 3 ΚΝ ≅Κ ≅Ν ≅Μ ; Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 Π 结晶晶粒的体积分数 1 表中清楚地显示出原始晶粒尺寸和 热加工参数 > 对铁素体动态再结晶过程的影响 1 发生不 连续动态再结晶 7用黑体字标出:的区域表明 , 原始晶粒 越细 , > 值越小 , 越容易发生不连续动态再结晶 κ 而原 始晶粒尺寸越粗 , > 值越大 , 动态再结晶转变量越小 , 直至不发生动态再结晶过程 1 本文作者的前期工作 队� Η表明, 由于形变过程中珠光 体与铁素体晶粒交界处是高畸变区 , 最初的不连续动态再 结晶核心是在珠光体等第二组织附近的原始晶界处通过 亚晶转动形成的 , 珠光体对形核过程起重要的促进作用1 原始晶粒越细 , 一方面原始晶界所占比例增加, 另一方面 珠光体更加分散 1 在相同的 > 值条件下变形时 , 变形过程 中变形组织更易于积累能量 , 在较小的应变量下即可形成 动态再结晶晶核 7如图 < :, 并且易于达到再结晶稳态阶段 7如图 ∀ :1 而在相同的原始晶粒尺寸条件下变形时 , > 值 越低 , 位错 、 晶界的迁移性越高 , 变形时越易于形成动态 再结晶晶核 , 不连续动态再结晶过程发展充分 1 反过来 , 原始晶粒粗大和高 > 值均不利于动态再结晶形核过程的 发生 , 只是在高应变条件下 , 动态回复的充分进行导致了 连续动态再结晶的发生 1 这也是为什么在 ,2 钢 圈 、 铁 素体不锈钢 αΡβ 中铁素体动态再结晶只能在高温 、 低应变 速率条件下发生的原因 1 即原始组织粗大 , 平均晶粒尺寸 均在 !� � 拼Ζ 左右 , 而且变形的最大应变量比较小, 均小 于 ! 1 结合本文作者关于普通低碳钢中过冷奥氏体热变形 过程中形变强化相变的研究工作 α;; 可以推断, 形变强化 相变产生的平均尺寸小于 < 户Ζ 的铁素体晶粒在继续变形 过程中易于发生不连续动态再结晶 , 而且动态再结晶易于 进入稳态 1 这是由于 ? 一方面 , 变形温度相对要高一些 , 在 ∀ <�一8 �� ℃之间 , 由子再结晶过程是热激活过程 , 因 此较高温度有利于动态再结晶的发生κ 另一方面 , 晶粒尺 表 热加工参数 > 对 � 种原始晶粒尺寸低碳钢铁素体动态再结晶体积分数的影响 % 减4 ;3 ∋ ΓΓ3 ∴ Ν Ε Γ Λ Ε Ν Ξ 3 ΓΕ ΟΖ Μ Ν≅Ε Κ 5 Μ Ο Μ Ζ 3 Ν3 Ο Ε Κ ΝΛ 3 Ρ Ε ;Υ Ζ 3 ΓΟ Μ 3 Ν≅Ε Κ Ε Γ Γ3 Ο Ο ≅Ν3 Β ∗ ν ≅Κ Ν Λ3 ;Ε ] 3 Μ Ο 4 Ε Κ Π Ν 33; ] ≅ΝΛ Ξ ≅瓜Ο 3 Κ Ν ≅Κ ≅Ν≅Μ ; Φ Ο Μ ≅Κ Π≅ϑ 3 Π 子? Β 3 ΓΕ Ο Ζ Μ Ν≅Ε ΚΝ3 Ζ [ 3 Ο Μ ΝΥ Ο 3 , � , Μ∃ − ΝΟ Μ ≅Κ Ο ΜΝ 3 / 乙;Υ Ζ 3 ΓΟ Μ 3Ν≅Ε Κ Ε Γ Γ3 Ο Ο ≅Ν3 Β ∗ ν 1 φ ! � 拼Ζ � 户Ζ < � 户Ζ !� � 户Ζ ∀0�月�0�ϑ∀9�乃 ,&!ΝΝΜ9∀Μ &∋Ν9Ν ∀& ∀9 Π勺泊∀ΜΠ!ς0竹9 Φ ∀9 Ω了ΝΞ&<& &∋ 一 Π & ∋ 一 ! & ∋ 一 Π &∋ 一 & &∋ 一 ! &∋ ∋ &∋ 一 & &∋ & & ∋ ∋ & ∋ & & 9 Μ & & Μ & Μ Π ! Μ∋∋!ΟΕΜ 9∀ Ο>/ ∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋∋9曰了∀&丫∀∀99∀∀ < & Π 6 & ∋ & Π < & Π 6 & ∋ & Π < Π ∋ 6 & ∋ & < & Π 6 & ∋ & Μ Π <Π ∋ 6 & ∋ & Μ < & Π 6 & ∋ & ∀ Π < Π ∋ 6 & ∋ & ∀ < & Π 6 & ∋ & 9 Π Π ∋ 又 & ∋ & 9 Π Π ∋ 6 & ∋ & Ν 期 李龙飞等 ? 原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素体动态再结晶的影响 !� ∀ 寸细小 , 而且与相变生成的细小珠光体 7或离异渗碳体:间 杂在一起 , 变形过程中更有利于应变积累 , 动态再结晶晶 核容易形成 应该注意的是由于动态再结晶晶粒尺寸 Β Π 与热加工参数 > 成函数关系 冈 ? Β 。 η # · ϑ 一” , 如果 欲利用形变强化相变和铁素体动态再结晶同时起到细化 铁素体晶粒的作用 , 一定要考虑到 > 与 Β 。 的关系 1 否 则 , 有可能因为选用了较低的 > 值 , 导致动态再结晶过 程使铁素体晶粒粗化 , 而达不到细化晶粒的目的 1 � 结论 在本实验采用的变形条件范围内, 存在着两种动态再 结晶类型 , 典型的不连续 7形核 一 长大型:动态再结晶现 象和大应变量条件下发生的连续动态再结晶现象 , 原始晶 粒尺寸和热加工参数 > 对此有重要影响 ? 7;: 在相同 > 值条件下变形时 , 原始晶粒尺寸减小 , 铁素体容易发生不连续动态再结晶 , 而且发生动态再结晶 所需的临界应变量和再结晶进入稳态所需的应变量也变 小 1 但原始晶粒尺寸对稳态晶粒尺寸无明显影响 1 7 :在相同原始晶粒尺寸条件下变形时 , 随 > 值的降 低 , 铁素体能够发生不连续动态再结晶和再结晶进入稳态 所需的应变量均变小 , 但稳态晶粒尺寸增大 1 79 : 分散的珠光体 7或离异渗碳体: 对铁素体动态再 结晶起促进作用 , 而形变强化相变生成的铁素体和珠光体 7或离异渗碳体:的混合组织正好符合这一条件 , 即形变强 化相变生成的铁素体更易于发生动态再结晶1 7� :对于形变强化相变产生的细晶铁素体 , 在较宽的 变形条件下均能发生动态再结晶 , 但为了起到细化晶粒的 目的 , 应选择在较高的 > 值条件下变形 1 参考文献 【!」− Υ Κ > π , ΧΜ Κ Φ Ψ Χ , π≅ ϕ ϕ , Ι Υ # & 1 &Μ 才3 ? − ∴ 乞∋ Κ 夕, � � κ 9 9 � # ? � ! 【 」− Μ _Μ ≅ % , ϕΕ Κ Μ Π ϕ ϕ 1 # 3亡Μ & Ε ΝΜ ;;, !Α 8 � ? 9 ? ! < Α α9」( ≅ ( 2 , ΧΜ Κ Φ Ψ Χ , − Υ Κ > π 1 # 3 艺Μ & 3 亡Μ ;; Π ? Κ , � � 9 κ 9 Α ? � ! Α 7李龙飞 , 杨王 明 , 孙祖庆 1 金属学报 , � �9 κ 9Α ? � ! Α : α� ! ΧΜ Κ Φ Ψ Χ , 、/ Μ Κ Φ Ι & , ( ≅ ( 2 , − Υ Κ π 1 # 3 亡Μ &Ε ΝΜ ;; −‘二 , � � 9 κ 9 Α ? 0 Α ! 7杨王 明 , 王红梅 , 李龙飞 , 孙祖庆 1 金属学报 , �� 9 κ 9Α ? 0叫【<」+ ;ΕΡ3 Ο + , − 3 ;;Μ Ο Π ∃ & 1 & 3 云Μ ;;丑 , Μ Ε Π , ! Α ∀ 9 κ � ? ∀ 0 <α0〕% Π ΥΤ ≅ . , & Μ Ν Π Υ 4 Μ Ο Μ Χ , − Μ ≅ΝΕ Χ 1 − 3 ? & Μ Ν3 二, ! Α Α ∀ κ 9 ∀ ? � ∀ ∀ 【∀」% Π ΥΤ ≅ . , &ΜΝ Π Υ 4 Μ Ο Μ Χ , ΠΜ ≅ΝΕ Σ , & Μ _ ≅ % 1 ϕ 如 Κ 几Π 亡& 3 亡, !Α Α 8 κ 0 ? Α 0 ∀ 7迁 伸泰, 松原行宏 , 斋藤好弘 , 牧 1正志· 日本金属学会志 , !Α Α < κ 0 ? Α 0 ∀ : 【8」+ Μ Ε 2 , ν Υ Χ , −Ε Κ Φ Δ , ν ≅Μ Ω 1 &3 亡Μ ;; & Μ Ν3 ? 乃 ,。 Κ Π , � � � κ 9 ! # ? ! 【Α」( ≅ ( 2 , ΧΜ Κ Φ Ψ Χ , −Υ Κ > π , %3 3 ΛΕ Ε ; Δ 3访二夕, � � ! κ 9 ? < 7李龙飞 , 杨王明 , 孙祖庆 , 王青峰 1 9 ? < : Ψ Λ Κ Φ π 2 1 ϕ ) Κ ? Ρ − 3 乞 北京科技大学学报 , � �! κ