《控轧控冷》课件.ppt

1、控轧控冷PPT课件 本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！本课件本课件PPT仅供大家学习使用仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！学习完请自行删除，谢谢！金属塑性变形后组织构造和性能均发生了很大的变化。金属的这种组织在热力学上处于不稳定的亚稳状态，如果对其进展加热，变形金属就能由亚稳状态向稳定状态转化，从而会引起一系列的组织构造和性

2、能的变化。这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复 再结晶 晶粒长大 形变金属与合金在退火过程中的变化回复和再结晶回复：是指冷塑性变形的金属在较低温度下进展加热时，在光学显微组织发生改变前即在再结晶晶粒形成前所产生的某些亚构造和性能的变化过程。再结晶：当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开场发生变化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大，变成新的均匀、细小的等轴晶粒。这个过程称为再结晶。显微组织的变化回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，到达相对稳定的形状

3、和尺寸。性能变化回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。储存能变化回复中刃型位错的攀移及滑移攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，使位错线脱离原来的滑移面。多边化多边化：刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列，形成位错墙小角度亚晶界的过程。再结晶无畸变的晶粒取代变形晶粒的过程动态回复与动态再结晶动态回复：在塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在塑性变形过程中发生的再结晶动态回复真应力-真应变曲线：I：微应变阶段II：动态回复的初始阶段III:

4、稳态变形状态动态再结晶真应力-应变曲线：I：加工硬化阶段II：动态再结晶的初始阶段III:稳态流变状态奥氏体热加工的真应力-真应变曲线与材料构造变化示意图 真应力一真应变曲线由三个阶段组成奥氏体热加工的真应力-真应变曲线第一阶段。当塑性变形小时，随着变形量增加变形抗力增加，直到到达最大值。在这一阶段，金属发生塑性变形，位错密度不断增加，可以从原始退火状态时的106 107cm2到达屈服极限时的107 108cm2。以后随着变形量增大位错密度继续增加，这就是材料的加工硬化，造成变形应力不断增加到达峰值，这是热加工过程奥氏体构造发生变化的一个方面。I：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力-真应变曲线另

5、一方面，由于材料在高温下变形，变形中产生的位错能够在热加工过程中通过交滑移和攀移等方式运动，使局部位错消失，局部重新排列，造成奥氏体的回复。当位错重新排列开展到一定程度，形成清晰的亚晶界，称为动态多边形化。奥氏体的动态回复和动态多边形化都使材料软化。I：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力-真应变曲线这就是奥氏体高温小变形时奥氏体构造发生变化的两个方面。由于位错的增殖速度相对说与变形量无关，而位错的消失速度那么与位错密度绝对值有关。因此当变形量逐渐增大时，位错密度也增大，位错消失速度也随之增大，反映在真应力真应变曲线上随着变形量加大加工硬化速度减弱，但是总的趋向在第一阶段加工硬化还是超过动态软化，

6、因此随变形量增加变形应力还是不断增加的。I：动态回复阶段奥氏体热加工的真应力-真应变曲线第二阶段。在第一阶段动态软化抵消不了加工硬化，随着变形量的增加金属内部畸变能不断升高，畸变能到达一定程度后在奥氏体中将发生另一种转变，即动态再结晶。动态再结晶的发生与开展使更多的位错消失，材料的变形应力很快下降。随着变形的继续进展，在热加工过程中不断形成再结晶核心并继续成长直到完成一轮再结晶，变形应力降到最低值。II：动态再结晶阶段奥氏体热加工的真应力-真应变曲线线从动态再结晶开场，变形应力开场下降，直到一轮再结晶全部完成并与加工硬化相平衡，变形应力不再下降为止，形成了真应力一真应变曲线的第二阶段。II：动

7、态再结晶阶段动态再结晶发生动态再结晶所必需的最低变形量称为动态再结晶的临界变形量，以c表示。c几乎与真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量p相等，准确地讲c 0.83p，p 的大小与钢的奥氏体成分和变形条件(变形温度、变形速度)有关。曲线的最大应力值 p(或恒应变应力值s)、形变速度 、变形温度T之间符合以下关系 (21)式中A为常数；n为应力指数；Q为变形活化能；R为气体常数；T为绝对温度。动态再结晶发生时n为46，大多数为6。Q为自扩散激活能。)/exp(RTQAnZener-Hollomon因子(22)Z为温度补偿变形速率因子，可表示 和T的各种组合，是一个使用方便的因子。当变形温度

8、愈低、变形速率；愈大时，Z值变大，即p、s大，动态再结晶开场的变形量c和动态再结晶完成的变形量s也变大，也就是说需要一个较大的变形量才能发生再结晶。nARTQZ)/exp(当Q不依赖于应力、温度时，p或c 可用Zener-Hollomon因子Z来表示:动态再结晶动态再结晶是在热变形过程中开展的，即在动态再结晶形核长大的同时持续进展变形的。这样由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开场了新的软化过程动态回复甚至动态再结晶。因此就整个奥氏体来说，任一时刻在金属内部总存在着变形量由零到c 的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说并不能完全消除全部的加工

9、硬化。反映在真应力一真应变曲线上，就是在发生了动态再结晶后，金属材料的变形应力仍然高于原始状态即退火状态的变形应力。奥氏体热加工的真应力-真应变曲线第三阶段。当第一轮动态再结晶完成以后，在真应力一真应变曲线上将出现两种情况：一种情况是应力到达稳定值，变形量虽不断增加而应力根本不变，呈稳态变形。这种情况称为连续动态再结晶；另一种情况是应力出现波浪式变化，呈非稳态变形。这种情况称为连续动态再结晶。当cr时发生连续动态再结晶。一旦动态再结晶发生后不需要太大的变形量，奥氏体就全部完成了第一轮动态再结晶。由于cr，当第一轮再结晶全部完成时已再结晶的晶粒内新承受的变形量都还达不到c，因而还不能立即发生第二

10、轮动态再结晶，只有再继续变形使晶粒内的变形量到达c，第二轮动态苒结晶才开场发生。在两轮再结晶之间由于动态回复抵消不了加工硬化，应力值就要上升，因此真应力-真应变曲线上出现波浪形式。这种情况下动态再结晶是连续进展的。当cr时发生连续动态再结晶。动态再结晶发生后，随着变形的继续，一方面再结晶继续开展，另一方面已发生动态再结晶的晶粒又承受新的变形，这两个过程同时在进展着。由于cr，出现非稳态变形，连续动态再结晶。而当T低或 高时，cr，出现稳态变形，连续动态再结晶。Q235钢变形条件对真应力-真应变曲线的影响 工艺参数对c、r 的影响 热加工过程中的任何阶段都不能完全消除奥氏体的加工硬化，这就造成了

11、组织构造的不稳定性。热加工的间隙时间里如轧制道次之间或加工后在奥氏体区的缓冷过程中将继续发生变化，力图消除加工硬化组织，使金属组织构造到达稳定状态。这种变化仍然是回复、再结晶过程，但是它们不是发生在热加工过程中，所以叫做静态回复和静态再结晶。奥氏体在热加工间隙时间里应力-应变曲线的变化y:奥氏体的屈服应力1:奥氏体到达变形量为1的屈服应力y:变形后恒温保持时间以后再次发生塑性变形的应力值那么y1在两次变形间奥氏体软化的数量：1-y与1-y之比，称为软化百分数，以x 表示之，那么 x=1-y/1-y 软化百分数 x=1-y/1-y当x=1时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里消除了全部加工硬化，全

12、部恢复到变形前的原始状态,y=y,就是全部静再结晶的结果。当x=0时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里没有任何的软化，因此y=1当0 x1时表示奥氏体在两次热加工的间隙时间里发生了不同程度的回复与再结晶。变形量对奥氏体在热加工间隙时间里软化行为的影响 c是奥氏体发生动态再结晶的临界变形量，要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变形。p是真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量。s是产生静态再结晶的最小变形量静态再结晶的临界变形量。f 是再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。1当1小于s 时a点，a曲线曲线a表示了两次变形间隔时间里软化的情况与软化的速度。曲线说明变形一停顿软化就立

13、即发生，随时间的延长软化百分数增大，当到达一定程度后软化停顿，这个过程大约在100s内完成。仅仅软化了30，还有70的加工硬化不能消除。这种变化有如冷加工的退火阶段，称为静态回复。静态回复可以局部减少位错未消除的加工硬化对下次变形有迭加作用。如果这是最后一次变形，那么在急冷下来的相变组织中仍能继承高温形变的加工硬化构造。2当s1 c时b点，b曲线曲线说明第一阶段的静回复软化用了100s时间。软化率到达45。如果继续保持高温，经过一段潜伏期后即进入第二阶段的软化，即静态再结晶。静态再结晶可以使软化百分数到达x=1，全部形成了新的无位错的晶粒。如果再次变形，真应力-真应变曲线恢复到原始状态。这里把

14、产生静态再结晶的最小变形量s称为静态再结晶的临界变形量。3当c1 f 时c点，c曲线曲线c表示变形在动态再结晶开场后的某一个阶段停顿的软化情况。曲线被分为三个阶段。第一个阶段是静态回复阶段；第三个阶段是经过一个潜伏期后的静态再结晶阶段；中间的那段可以认为是由于原来动态再结晶核心的继续长大，这个过程几乎不需要潜伏期，可以称为次动态再结晶或亚动态再结晶，其特点象没有潜伏期的静态再结晶。4当f 1 时d点，d曲线d点表示变形应力超过最大应力到达正常应力局部变形应力稳定阶段，动态再结晶晶粒维持一定的大小和形状，此时加工硬化率和动态再结晶的软化率到达平衡，在这种变形量下停顿变形，保持变形的高温，材料的软

15、化过程如d由线。在动态再结晶的根底上软化开场，由于动态再结晶的组织中有不均匀位错密度，变形一停顿马上就进入静态回复阶段，接着就是次动态再结晶阶段。曲线d上不出现平台，仅出现拐点，这也说明次动态再结晶不需要潜伏期。由于这个阶段的热加工变形量很大，发生的动态再结晶的核心很多，形变停顿后这些核心很快继续长大，生成无位错的新晶粒，消除全部加工硬化，所以不发生静态再结晶的软化过程。变形量与三种静态软化类型的关系 区表示静态回复软化区表示亚动态再结晶软化区表示静态再结晶软化阴影区ABCD是“制止带，表示在小于s的变形量下变形，在变形的间隔时间里只发生静态回复，局部地区由于形变引起晶界迁移而产生粗大晶粒，这

16、是不希望发生的。动态再结晶动态再结晶是在热变形过程中开展的，即在动态再结晶形核长大的同时持续进展变形的。这样由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开场了新的软化过程动态回复甚至动态再结晶。因此就整个奥氏体来说，任一时刻在金属内部总存在着变形量由零到c 的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说并不能完全消除全部的加工硬化。反映在真应力-真应变曲线上，就是在发生了动态再结晶后，金属材料的变形应力仍然高于原始状态即退火状态的变形应力。一、动态再结晶发生的条件 当Z一定时，随着加工程度的增大，材料组织发生由动态回复局部动态再结晶完全动态再结晶的变化。当加

17、工程度一定时，随着Z的变大，材料组织发生由完全动态再结晶局部动态再结晶动态回复的变化。也就是一定时，在某一Z值以上得不到动态再结晶组织，这个Z值就为Z的上临界值Zc，应该指出，Zc值是随加工程度而变的，愈大Zc愈大，即在较大的Z值下也能产生动态再结晶。因此动态再结晶能否发生，要由Z和来决定。nARTQZ)/exp(五种钢的动态再结晶图 由 于 变 形 温 度 T即Z参数和变形量的变化，热变形奥氏体可以分别处于加工硬化、局部动态再结晶和完全动态再结晶状态。Z 参 数 愈 小即T愈高那么愈易发生动态再结晶，再结晶临界变形量就愈小。试验条件下 10s-1五种钢的动态再结晶图 前4种钢的动态再结晶的难

18、易程度大体相当，仅12MnTiNb钢的动态再结晶发生比较困难，要在较低的Z参数下才能发生。这说明钛和铌具有强烈阻碍动态再结晶的作用。试验条件下 10s-1一、动态再结晶发生的条件 国内的测定数据说明，碳钢、低合金钢在 1000时真应力一真应变曲线出现峰值，即能发生动态再结晶。厚板轧制时因变形速率大 10s-120s-1故Z值大，大于通常在一道次变形量下(1020)的Zc值，因而不能发生动态再结晶。一、动态再结晶发生的条件 材料的初始晶粒尺寸D0也影响动态再结晶的产生。Z一定时，D0愈小，愈能在较低的下产生动态再结晶。亦即随着D0的减小，产生动态再结晶的加工范围变大。二、动态再结晶的组织特点 动

19、态再结晶是一个混晶组织。其平均晶粒尺寸D只由加工条件Z来决定，Z和D之间的关系符合Z=AD-m关系，Z愈大即变形温度低、变形速率大那么D愈小图中m2.4。并且D与初始晶粒尺寸D0无关。二、动态再结晶的组织特点 动态再结晶晶粒细化的唯一条件是提高Z值。然而动态再结晶的发生又必须使Z值小于Zc值，那么要得到细小的晶粒就必须尽可能提高Zc，而Zc是与、D0有关的。变大Zc变大，D0变小Zc变大。因而、D0变化，在同一变形温度、变形速度下(即Z值不变)所得到的D是一样的，但是、D0的变化可使发生动态再结晶的上临界值Zc上升，因而有可能采用大的Z值仍能发生动态再结晶，并得到小的D值。二、动态再结晶的组织

20、特点 研究说明，动态再结晶的平均晶粒尺寸D在一定变形量范围内还与变形量有关。由于变形量不同，奥氏体再结晶晶粒经受过的变形周期次数不同，所以最终动态再结晶晶粒大小不同。只有当形变量到达一定程度后(即应力到达稳定值的变形量)，才能使动态再结晶晶粒到达在该Z参量条件下的极限值。只有这时动态再结晶晶粒大小才不随变形量而变，仅取决于Z参数。动态再结晶组织是存在一定加工硬化程度的组织。因此在平均晶粒尺寸一样时，动态再结晶组织比静态再结晶组织有更高的强度，而且动态再结晶组织中的较高密度的位错网当转变成马氏体后可塞积于马氏体中，因而提高了材料的韧性。一、静态再结晶的形核机构 一、静态再结晶的形核机构晶界凸出形

21、核机制：一般发生在形变较小的金属中变形不均匀，位错密度不同。一、静态再结晶的形核机构晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中亚晶界凸出形核，凸向亚晶粒小的方向一、静态再结晶的形核机构亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中适于高层错能金属，相邻亚晶粒上的某些位错，通过攀移和滑移，转移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，然后通过原子扩散和位置的调整，终于使两个或更多个亚晶粒的取向变为一致，合并成一个大晶粒一、静态再结晶的形核机构亚晶界形核机制：一般发生在变形较大的金属中适于低层错能金属，通过亚晶合并和亚晶长大通过亚晶界的移动，使亚晶界与基体间的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成

22、为再结晶的核心一、静态再结晶的形核机构 一、静态再结晶的形核机构 一、静态再结晶的形核机构 二、静态再结晶的临界变形量 变形温度、原始奥氏体晶粒度、微合金元素对临界变形量的影响 变形后停留时间对临界变形量的影响 三、静态再结晶速度 三、静态再结晶速度 三、静态再结晶速度 四、静态再结晶的数量 四、静态再结晶的数量 五、静态再结晶晶粒的大小 各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 1克分子=1摩尔。克分子是摩尔的不标准名称各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 各种因素对静态再结晶晶粒尺寸的影响 各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响

23、各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 n 停留时间的延长既会增加奥氏体再结晶的数量在奥氏体局部再结晶区中变形时，也会使已再结晶的奥氏体晶粒长大。因此其结果将示奥氏体再结晶情况而定。n 当在奥氏体完全再结晶区轧制时(图中变形量20的区域)，奥氏体平均晶粒尺寸随停留时间增加而增大，而在奥氏体局部再结晶区轧制时情况那么相反。含铌16Mn钢空延时间对奥氏体平均晶粒尺寸的影响图各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 原始晶粒愈细储存能愈大，N、G都增大，但N增加比G快，所以再结晶后晶粒也愈细。但是奥氏体原始晶粒尺寸的影响随变形量的加大而逐渐减小，当变形量到达57时，原始晶粒尺寸几乎对再结晶后的晶粒尺寸没有影响。各种因素对奥氏体平均晶粒尺寸的影响 再结晶区域图 再结晶区域图 再结晶区域图 再结晶区域图 再结晶区域图 再结晶区域图再结晶区域图 再结晶区域图 再结晶图再结晶晶粒大小的控制保温中奥氏体晶粒的长大 保温中奥氏体晶粒的长大 c是奥氏体发生动态再结晶的临界变形量，要想使奥氏体全部发生再结晶就需要继续变形。r是动态再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。p是真应力-真应变曲线上应力峰值所对应的应变量s是再结晶由产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变形量。