山西永鑫生：鍛造車輪鍛件時金屬熱加工狀態(tài)的塑性變形

       在熱塑性變形過程中，回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化同時產(chǎn)生，加工硬化不斷被回復(fù)或再結(jié)晶所抵消，而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。

       熱塑性變形時的軟化過程

       熱塑性變形時的軟化過程與變形溫度、應(yīng)變速率、變形程度以及金屬本身的性質(zhì)等因素有關(guān)。主要的軟化過程有：動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)問復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶、亞動態(tài)再結(jié)晶等。

       1.動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶

       動態(tài)回復(fù)是在鍛件熱變形過程中發(fā)生的冋復(fù)。動態(tài)回復(fù)主要通過位錯的攀移、交滑移來實現(xiàn)。對于鋁及其合金、鐵素體基體的鋼以及密排六方金域鋅、鎂、錫等，它們的層錯能較高，變形時擴展位錯寬度窄、位錯的交滑移和攀移容易進行，位錯容場在附移面間轉(zhuǎn)移，而使異號位錯抵消，結(jié)果使位錯密度降低，畸變能降低，不足以達到動態(tài)再結(jié)晶所需的能量。因此在熱塑性變形中，即使變形量很大、變形溫度遠高于靜態(tài)再結(jié)晶的溫度，也只發(fā)生動態(tài)回復(fù)，不發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)是高層位錯金厲熱變形過程唯一的軟化機制。

       當(dāng)高溫變形金屬只發(fā)生動態(tài)回復(fù)時，其組織仍為亞晶組織，金屬中位錯密度相當(dāng)高，若立即進行熱處埋，則能獲得變形強化和熱處理強化的雙重效果，使工件與變形和熱處理分開單獨進行時相比，具有更好的綜合力學(xué)性能。這種把熱變形和熱處理結(jié)合起來的方法稱為高溫形變熱處理。

       動態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶，與靜態(tài)再結(jié)晶一樣。動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和生長來完成的。動態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯能較低且有較大熱變形程度的金屬中，如銅及其合金、鎳及其合金、金和銀及其合金、γ鐵、奧氏體不銹鋼等金屬。這是因為這類金屬的層錯能低，其擴展位錯寬度大，不易進行位錯的交滑移和攀移，動態(tài)回復(fù)的速率和程度都很低，材料中的一些局部區(qū)域會積累足夠高的畸變能差，且由于動態(tài)回復(fù)不充分，所形成的胞狀業(yè)組織尺寸較小、邊界不規(guī)糧，胞壁還有較多的位錯纏結(jié)，這種不完整的亞組織正好有利于再結(jié)晶形核、有利于動態(tài)再結(jié)品的發(fā)生。

       金屬動態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯能高低有關(guān)外，還與晶界遷移的難易程度有關(guān)。金屬越純，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的能力越強。當(dāng)溶質(zhì)原了固溶于金屬基體時，會阻礙晶界的遷移，減慢動態(tài)再結(jié)晶的速率。彌散分布的第二相粒子能夠阻礙晶界的移動，會遏制動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。

       在動態(tài)再結(jié)晶中，由于伴隨著塑性變形，生長中的再結(jié)晶晶粒隨即發(fā)生變形，動態(tài)再結(jié)晶不可能是無位變的晶粒，若能將這種組織保持下來，則材料具有更高的強度和硬度。

       動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒度與變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度等有關(guān)。降低變形溫度、提高應(yīng)變速率和變形程度，會使動態(tài)再結(jié)晶晶粒變小，而細小的晶粒組織具有更高的變形抗力。因此鍛造車輪鍛件時熱加工通過控制變形時的溫度、速度和變形，就可以調(diào)整變形件的晶粒度和力學(xué)性能。

       2.靜態(tài)回復(fù)與靜態(tài)再結(jié)晶

       在熱變形的間歇時間或者熱變形完成之后，由于金屬仍處于高溫狀態(tài)，一般會發(fā)生以下三種軟化過程：靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶。

       金屬熱變形時除少數(shù)發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶情況外，會形成亞晶組織，提高內(nèi)能，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。因此在變形停止后，若熱變形程度不大，將會發(fā)生靜態(tài)回復(fù)，若熱變形程度較大，且熱變形后金屬仍保持在再結(jié)晶溫度以上時，則將發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)再結(jié)晶進行得比較級慢，需要有一定的孕育期才能完成。在孕育期內(nèi)發(fā)生靜態(tài)回復(fù)。靜態(tài)再結(jié)晶完成后，重新形成無畸變的等軸晶粒。在熱變形的間歇時間或者熱變形完成的靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶，與金屬冷變形后加熱時所發(fā)生的回復(fù)和再結(jié)晶的機理是一樣的。

       對于層錯能較低，在熱變形時發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的金屬，熱變形后則迅即發(fā)生亞動態(tài)再結(jié)晶。所謂亞動態(tài)再結(jié)晶，是指熱變形過程中已經(jīng)形成的、但尚未長大的動態(tài)再結(jié)晶晶核，以及長大到中途的再結(jié)晶品粒被遺留下來，當(dāng)變形停止后而溫度又足夠高時，這些晶核和晶粒會繼續(xù)長大，此軟化過程即稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。由于這類再結(jié)晶不需要形核時間，沒有孕育期，所以熱變形后進行得很迅速。由此可見，在工業(yè)生產(chǎn)條件下要把動態(tài)再結(jié)晶組織保留下來是很閑難的。

       上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度以及材料的成分和層錯能的高低、變形后的冷卻速度等因素有關(guān)。利用這些因素可以控制變形體熱加工后的組織和性能。

       山西永鑫生鍛造有限公司,位于山西省忻州市定襄縣師家灣工業(yè)區(qū)，是一家以生產(chǎn)車輪鍛件、環(huán)形鍛件、軸類鍛件、筒體鍛件、齒輪鍛件、不銹鋼鍛件、大型法蘭等各類金屬制品，是一家專業(yè)鍛造加工生產(chǎn)鍛件的企業(yè)。產(chǎn)品均可按照圖紙、化學(xué)成分生產(chǎn)，自由鍛、模鍛、粗加工、熱處理、精加工一體化完成。長期與起重機、石油、化工、礦山、冶金、液壓、焦化、火車、工程機械等企業(yè)合作。配套生產(chǎn)車輪、滑輪、鏈輪、齒輪、齒圈、環(huán)件、筒類、軸類、缸體、方塊、模塊、支撐座、法蘭等鍛件產(chǎn)品。