材料科学基础第七章2.ppt

7.4.1.4 影响晶粒正常长大的因素：影响晶粒正常长大的因素：(1)温度：温度：退火温度是影响晶粒长大的最主要因退火温度是影响晶粒长大的最主要因素素。原子扩散系数。原子扩散系数D=D0exp(-Q/kT),显然越高，显然越高，越大，晶界越容易迁移，晶粒越容易粗化越大，晶界越容易迁移，晶粒越容易粗化(2)分散相粒子：分散相粒子：分散相粒子会阻碍晶界迁移，分散相粒子会阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率降低晶粒长大速率。若分散相粒子为球状，半径。若分散相粒子为球状，半径为为r,体积分数为体积分数为，晶界表面张力为，晶界表面张力为，则晶界，则晶界与粒子交截时，单位面积晶界上各粒子对晶界移与粒子交截时，单位面积晶界上各粒子对晶界移动所施加的总约束力为：动所施加的总约束力为：Fmax=3/2r (7-16)/2r (7-16)Fe-Si(wSi=0.03)合金在合金在800C加加热时热时，由于，由于合金中分布有合金中分布有细细小的小的MnS颗颗粒粒(体体积积分数分数为为0.01，直径，直径约约0.1m),晶粒晶粒长长大大时时，晶界，晶界受其受其钉钉扎，扎，长长大到一定大到一定尺寸就停止尺寸就停止了。了。从式从式7-16可以看出：分散相粒可以看出：分散相粒子数量越多，越细小，对晶界子数量越多，越细小，对晶界的阻碍越大。如果晶界移动的的阻碍越大。如果晶界移动的驱动力完全来自晶界能驱动力完全来自晶界能(即界面即界面两侧的压应力差两侧的压应力差p=2p=2/r/r晶晶),),则则当晶界能提供的驱动力等于当晶界能提供的驱动力等于分散相粒子的总约束力时，正分散相粒子的总约束力时，正常晶粒长大停止常晶粒长大停止。此时的晶粒。此时的晶粒平均尺寸称为平均尺寸称为极限平均晶粒尺极限平均晶粒尺极限平均晶粒尺极限平均晶粒尺寸寸寸寸RmRmRmRm。Fe-Si合金中合金中MnS粒子限粒子限制晶粒长大的显微照片制晶粒长大的显微照片由由Fmax=3/2r=2/2r=2/RmRm,可得：可得：RmRm=4r/3=4r/3 (7-17)此式表明：此式表明：晶粒的极限平均尺寸决定于分散相粒晶粒的极限平均尺寸决定于分散相粒子的尺寸及其所占的体子的尺寸及其所占的体积积分数分数。当分散相粒子的。当分散相粒子的体体积积分数一定分数一定时时，粒子尺寸越小，极限平均晶粒，粒子尺寸越小，极限平均晶粒尺寸也越小。尺寸也越小。在在钢钢中加入少量的中加入少量的Al,Ti,V,Nb等元素，可形成适等元素，可形成适当数量的当数量的AlN,TiN,VC,NbC等分散相粒子，有效等分散相粒子，有效阻碍高温下阻碍高温下钢钢的晶粒的晶粒长长大，保大，保证钢证钢在在焊焊接和接和热处热处理后仍有良好的机械性能。理后仍有良好的机械性能。(3)微量熔质或杂质：微量熔质或杂质：固熔体中的微量熔质固熔体中的微量熔质或杂质往往偏聚在位错或晶界处，形成柯或杂质往往偏聚在位错或晶界处，形成柯氏气团，能钉扎或拖曳位错运动氏气团，能钉扎或拖曳位错运动。图。图7-27显示了微量显示了微量Sn在在300C时对纯时对纯Pb晶界移晶界移动动的作用。的作用。需要注意的是：微量需要注意的是：微量Sn对纯对纯Pb的某些特殊的某些特殊取向晶界运取向晶界运动动影响影响较较小。原因是在小。原因是在这这些些特特殊取向的晶界上，原子排列殊取向的晶界上，原子排列规规整，不利于整，不利于杂质杂质原子偏聚原子偏聚，因此晶界活，因此晶界活动动性不受影响。性不受影响。300C时微量时微量Sn对高对高纯纯Pb晶晶界移动界移动速度的速度的影响影响(4)晶粒间位向差：一般情况下，晶界能越晶粒间位向差：一般情况下，晶界能越高则晶界越不稳定，原子迁移率也越大。高则晶界越不稳定，原子迁移率也越大。晶粒间位向差越大，晶界能也越大，因此晶粒间位向差越大，晶界能也越大，因此迁移率越大迁移率越大。另外，有些金属的晶粒间位向差对迁移率另外，有些金属的晶粒间位向差对迁移率的影响还与温度有关，比如铅，的影响还与温度有关，比如铅，当温度低当温度低于于200C时时，大角度晶界范，大角度晶界范围围内只有某些特内只有某些特殊位向的晶界移殊位向的晶界移动动速度速度较较大；大；在在300C时时随随晶粒晶粒间间的位向差增大而增大，到达一定角的位向差增大而增大，到达一定角度后度后趋趋于于稳稳定。定。这这是是较较高温度高温度时时，杂质杂质在在晶界偏聚的晶界偏聚的现现象不明象不明显显所致。所致。图图7-28：200C和和300C时时，区域提，区域提纯纯的的铅铅的双晶体中的的双晶体中的倾倾斜晶界的移斜晶界的移动动速度与晶体速度与晶体间间的位向差的关系。的位向差的关系。(5)表面热蚀沟表面热蚀沟：金属长时间加热时，晶界：金属长时间加热时，晶界与表面相交处因张力平衡而形成热蚀沟。与表面相交处因张力平衡而形成热蚀沟。热蚀沟是该处界面最小，界面能最低的体热蚀沟是该处界面最小，界面能最低的体现现，如果晶界移动就会增加晶界面积和增，如果晶界移动就会增加晶界面积和增加界面能，因此对晶界移动有约束作用。加界面能，因此对晶界移动有约束作用。材料越薄，表面积越大，材料越薄，表面积越大，热蚀沟越多，对热蚀沟越多，对晶界迁移的约束力越大。晶界迁移的约束力越大。*例题例题7.4.1:在在Fe-Si钢钢(wSi=0.03)中测得中测得MnS粒子的直径为粒子的直径为410-4mm,1mm2内的内的粒子数为粒子数为2105个，试计算个，试计算MnS对这种钢正对这种钢正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响常热处理时奥氏体晶粒长大的影响(晶粒大晶粒大小小)。解：解：单粒子厚层的单粒子厚层的单位体积中单位体积中MnS粒子个粒子个数为：数为：NV=NA/d (d为粒子直径为粒子直径)故故MnS粒子的体积分数为：粒子的体积分数为：MnS=4r3NV/3=d2NA/6=1.67610-2Rm=4r/3=1.59210-2mm7.4.2 晶粒的反常长大：再结晶完成后，晶粒应该晶粒的反常长大：再结晶完成后，晶粒应该均匀、连续地长大，这种过程称为一次再结晶。均匀、连续地长大，这种过程称为一次再结晶。在某些特定情况下，再结晶完成后，在某些特定情况下，再结晶完成后，少数晶粒突少数晶粒突发性地迅速粗化，使晶粒之间的尺寸差别显著增发性地迅速粗化，使晶粒之间的尺寸差别显著增大，这种不正常的晶粒长大称为大，这种不正常的晶粒长大称为反常长大反常长大反常长大反常长大。也称。也称为为二次再结晶二次再结晶二次再结晶二次再结晶。二次再结晶中少数晶粒可以迅速长大的主二次再结晶中少数晶粒可以迅速长大的主要原因是要原因是组织中存在使大多数晶粒边界比组织中存在使大多数晶粒边界比较稳定或被钉扎，而少数晶粒边界容易迁较稳定或被钉扎，而少数晶粒边界容易迁移的因素移的因素：(1)细小而弥散的第二相粒子的钉扎作用限细小而弥散的第二相粒子的钉扎作用限制了大多数晶粒的长大，少数未受钉扎或制了大多数晶粒的长大，少数未受钉扎或钉扎作用小的晶粒便得以异常长大。钉扎作用小的晶粒便得以异常长大。图图7-32是是Fe-Si(wSi=0.03)合金的晶粒长大曲线。合金的晶粒长大曲线。高纯材料只发生正常长高纯材料只发生正常长大大(1)；含；含MnS颗粒的材颗粒的材料中有的晶粒迅速长大，料中有的晶粒迅速长大，有的仍保持细小有的仍保持细小(2)(3)。二次再结晶晶粒是在约二次再结晶晶粒是在约930C时时突然突然长长大的，大的，在此温度在此温度时时MnS熔化，晶熔化，晶界迁移障碍消失，界迁移障碍消失，晶粒得以迅速长大。温度高于晶粒得以迅速长大。温度高于930C后，后，二次再二次再结结晶的数量增多，晶粒平均尺晶的数量增多，晶粒平均尺寸反而下降了寸反而下降了。曲线曲线3是在二次再结晶时保持细小的晶粒的是在二次再结晶时保持细小的晶粒的长大特性，可以看出长大特性，可以看出它仍为正常长大，只它仍为正常长大，只是由于是由于MnS颗粒的拖曳作用，起始长大的颗粒的拖曳作用，起始长大的温度更高而已。温度更高而已。(2)一次再结晶后如果形成织构，则多数晶一次再结晶后如果形成织构，则多数晶界为小角晶界，迁移率小，比较稳定，只界为小角晶界，迁移率小，比较稳定，只有少数大角晶界有较高迁移率，相应的晶有少数大角晶界有较高迁移率，相应的晶粒能迅速长大。粒能迅速长大。(3)若金属为薄板，则加热时会出现热蚀沟，若金属为薄板，则加热时会出现热蚀沟，若大部分晶界被热蚀沟钉扎，仅有少数晶若大部分晶界被热蚀沟钉扎，仅有少数晶界可迁移，便容易发生二次再结晶。界可迁移，便容易发生二次再结晶。(4)一次再结晶后的组织，由于某些原因产一次再结晶后的组织，由于某些原因产生了局部区域不均匀现象而存在个别尺寸生了局部区域不均匀现象而存在个别尺寸很大的初始晶粒，其晶界迁移率高于其他很大的初始晶粒，其晶界迁移率高于其他晶界，就会迅速长大。晶界，就会迅速长大。二次再结晶并二次再结晶并没有再形核过程没有再形核过程，只是某些，只是某些因素导致少数晶粒异常长大而已因素导致少数晶粒异常长大而已。在条件适宜时，有可能发生三次再结晶，在条件适宜时，有可能发生三次再结晶，其规律及机制与二次再结晶相同。其规律及机制与二次再结晶相同。二次再结晶不仅会降低材料强度和塑、韧二次再结晶不仅会降低材料强度和塑、韧性，还会增大再次冷加工工件的表面粗糙性，还会增大再次冷加工工件的表面粗糙度。因此，一般情况下应避免发生二次再度。因此，一般情况下应避免发生二次再结晶。但作为电感材料的硅钢片，却需要结晶。但作为电感材料的硅钢片，却需要利用二次再结晶获得粗大晶粒，加强其导利用二次再结晶获得粗大晶粒，加强其导磁性能。磁性能。7.4.3 再结晶退火极其组织控制再结晶退火极其组织控制7.4.3.1 再结晶退火：再结晶退火：再结晶可消除冷变形再结晶可消除冷变形金属的加工硬化效果及内应力金属的加工硬化效果及内应力，因此被用，因此被用作冷变形加工的中间工序，软化冷变形金作冷变形加工的中间工序，软化冷变形金属或细化晶粒，改善显微组织。属或细化晶粒，改善显微组织。7.4.3.2 再结晶组织：再结晶退火过程中，再结晶组织：再结晶退火过程中，回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、重回复、再结晶及晶粒长大往往是交错、重叠进行，综合作用的结果叠进行，综合作用的结果有时会产生退火有时会产生退火孪晶和再结晶织构孪晶和再结晶织构。(1)不同的冷变形度不同的冷变形度 及退火温度下所得及退火温度下所得 到的再结晶组织晶到的再结晶组织晶 粒大小不同。粒大小不同。将退将退 火温度、冷变形度火温度、冷变形度 和再结晶晶粒大小和再结晶晶粒大小 的关系画成三维图，称为的关系画成三维图，称为再结晶图再结晶图。可以。可以作为制定生产工艺规范的参考依据。作为制定生产工艺规范的参考依据。图图7-33为工业纯铝的再结晶图。为工业纯铝的再结晶图。图中存在两个粗晶区：一是图中存在两个粗晶区：一是临界变形度区临界变形度区域域(变形度变形度00.1,温度温度500650C)；二是；二是二二次再结晶区域次再结晶区域(变形度变形度0.651.0,温度温度600650C)。后者对应的变形度较大，退。后者对应的变形度较大，退火温度也较高。其原因是强烈冷变形导致火温度也较高。其原因是强烈冷变形导致退火时形成大面积的再结晶织构，阻碍了退火时形成大面积的再结晶织构，阻碍了晶粒的正常长大，只有少数大角晶界的晶晶粒的正常长大，只有少数大角晶界的晶粒优先生长，从而产生二次再结晶。粒优先生长，从而产生二次再结晶。对于对于一般结构材料，制定变形及退火工艺时应一般结构材料，制定变形及退火工艺时应避开这两个区域避开这两个区域。(2)退火孪晶：退火孪晶：Cu,Ni,黄黄铜铜，不不锈钢锈钢等等不易不易产产生生变变形的形的面心立方金属面心立方金属经经再再结结晶退晶退火后，会出火后，会出现孪现孪晶，称晶，称为为退火退火孪孪晶晶。图图7-34为为冷冷变变形形黄黄铜铜退火退火时时形形成的退火成的退火孪孪晶晶组组织织。面心立方金属的退火孪晶有图面心立方金属的退火孪晶有图7-35所示的所示的ABC三种典型形态。其中三种典型形态。其中B是贯穿晶粒的是贯穿晶粒的完整退火孪晶；完整退火孪晶；C为一端终止于晶内的不为一端终止于晶内的不完整退火孪晶；完整退火孪晶；A为晶界交角处的退火孪为晶界交角处的退火孪晶。孪晶两侧互晶。孪晶两侧互相平行的晶面是共相平行的晶面是共格孪晶界面，由格孪晶界面，由(111)面组成。孪晶面组成。孪晶终止于晶粒内的界终止于晶粒内的界面是非共格孪晶界。面是非共格孪晶界。退火孪晶是在再结晶过程中因晶界迁移出现层错退火孪晶是在再结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的形成的。面心立方金属晶界迁移时，。面心立方金属晶界迁移时，111面某层面某层原子错排，就会出现原子错排，就会出现孪晶界孪晶界孪晶界孪晶界。如果孪晶界面能远如果孪晶界面能远小于一般的大角度晶界能，则该层错将稳定下来小于一般的大角度晶界能，则该层错将稳定下来成为孪晶核成为孪晶核并随大角度晶界的移动并随大角度晶界的移动而长大而长大。当。当111面再面再次错排而恢复原有堆垛次错排而恢复原有堆垛顺序，则又出现一个孪顺序，则又出现一个孪晶界，两个孪晶界之间晶界，两个孪晶界之间形成一个孪晶。形成一个孪晶。(3)再结晶织构：再结晶织构：冷变形金属在再结晶过程中形冷变形金属在再结晶过程中形成择优取向的晶粒称为成择优取向的晶粒称为再结晶织构再结晶织构再结晶织构再结晶织构。再结晶织构。再结晶织构与变形织构没有必然联系，形成机理有择优形核与变形织构没有必然联系，形成机理有择优形核和择优生长两种理论。和择优生长两种理论。择优形核理论择优形核理论认为：再结晶晶核保持变形织构的认为：再结晶晶核保持变形织构的相同取向相同取向，长大后形成与变形织构一致的再结晶，长大后形成与变形织构一致的再结晶织构。织构。择优生长理论择优生长理论认为：再结晶形核的取向与变形织认为：再结晶形核的取向与变形织构无关构无关。晶核长大时，晶界迁移率与晶界两侧的。晶核长大时，晶界迁移率与晶界两侧的位相差相关。只有位相差相关。只有某些取向有利的再结晶晶核能某些取向有利的再结晶晶核能够迅速长大，其他取向的晶核则被抑制够迅速长大，其他取向的晶核则被抑制，最终形，最终形成再结晶织构。成再结晶织构。7.5 金属的热变形金属的热变形金属在再结晶温度以上的加工变形称为金属在再结晶温度以上的加工变形称为热变形热变形热变形热变形。其其实质是变形中加工硬化与动态软化同时进行，实质是变形中加工硬化与动态软化同时进行，两者作用相抵消，不显示硬化效果。两者作用相抵消，不显示硬化效果。动态软化包括动态回复和动态再结晶两种方式。动态软化包括动态回复和动态再结晶两种方式。热变形停止后，高温下还会发生静态回复和静态热变形停止后，高温下还会发生静态回复和静态再结晶。再结晶。热变形没有强化作用，塑性变形量很大，还可以热变形没有强化作用，塑性变形量很大，还可以改善铸锭组织，消除气孔改善铸锭组织，消除气孔、偏析、粗大晶粒等等偏析、粗大晶粒等等。但也会因高温氧化导致表面粗糙，因热涨冷缩而但也会因高温氧化导致表面粗糙，因热涨冷缩而不易控制加工精度。不易控制加工精度。7.5.1 动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶7.5.1.1 动态回复：图动态回复：图7-37为纯铁的动态回复热变为纯铁的动态回复热变形应力形应力-应变曲线。与冷变形的应力应变曲线。与冷变形的应力-应变曲线不应变曲线不同，开始时应力随应变增大而增大，但增大速率同，开始时应力随应变增大而增大，但增大速率逐渐减小，最后达到一个几乎恒定值。表明逐渐减小，最后达到一个几乎恒定值。表明形变形变初期的加工硬初期的加工硬化大于动态软化，随变化大于动态软化，随变形发展加工硬化减小，形发展加工硬化减小，当硬化与软化平衡时，当硬化与软化平衡时，变形在几乎恒定的变形在几乎恒定的流变流变应力应力作用下继续进行作用下继续进行，此阶段称为此阶段称为稳定阶段稳定阶段稳定阶段稳定阶段当变形温度一定时，应变速率当变形温度一定时，应变速率越大，达到越大，达到稳定的应力和应变也越大；当稳定的应力和应变也越大；当一定时，变一定时，变形温度越高，达到稳定态的应力和应变越形温度越高，达到稳定态的应力和应变越小。小。动态回复引起软化是通过刃形位错攀移动态回复引起软化是通过刃形位错攀移、螺形位错交滑移使异号位错对消螺形位错交滑移使异号位错对消、位错密位错密度下降的结果度下降的结果。动态回复时也发生多边化而形成亚晶。动态回复时也发生多边化而形成亚晶。亚亚晶尺寸受变形速率与温度影响晶尺寸受变形速率与温度影响，变形速率，变形速率越小，变形温度越高，亚晶尺寸也越大。越小，变形温度越高，亚晶尺寸也越大。在稳定阶段，亚晶保持等轴和恒定尺寸。在稳定阶段，亚晶保持等轴和恒定尺寸。图图7-38为铝在为铝在400C挤挤压形成的动态回复亚晶。压形成的动态回复亚晶。在动态回复过程中，变在动态回复过程中，变形晶粒不再发生再结晶，形晶粒不再发生再结晶，因此仍为纤维状，热变因此仍为纤维状，热变形后形后快冷，可保留伸长快冷，可保留伸长晶粒和等轴亚晶组织晶粒和等轴亚晶组织。若高温长时间停留，则可发生静态再结晶。若高温长时间停留，则可发生静态再结晶。动态回复组织比再结晶组织的强度高动态回复组织比再结晶组织的强度高。因。因此建筑用铝镁合金型材都采用热成型工艺此建筑用铝镁合金型材都采用热成型工艺而不用冷压成型后再回火工艺。而不用冷压成型后再回火工艺。在层错能较高的金属如铝合金、纯铁、铁在层错能较高的金属如铝合金、纯铁、铁素体钢等进行热加工时，由于位错交滑移素体钢等进行热加工时，由于位错交滑移和攀移等原因，容易发生动态回复。和攀移等原因，容易发生动态回复。7.5.1.2 动态再结晶：层错能较低的材料，如铜及动态再结晶：层错能较低的材料，如铜及铜合金、镍合金及奥氏体钢等，不发生位错交滑铜合金、镍合金及奥氏体钢等，不发生位错交滑移。此时动态再结晶成为动态软化的主要方式，移。此时动态再结晶成为动态软化的主要方式，其热应力其热应力-应变曲线如图应变曲线如图7-39。从图上可以看出：从图上可以看出：在较高的应变速率火较在较高的应变速率火较低变形温度下低变形温度下，曲线有一个峰值，可分为，曲线有一个峰值，可分为三个阶段：初始阶段为加工硬化阶段，应三个阶段：初始阶段为加工硬化阶段，应变达到某一值后开始发生动态再结晶，硬变达到某一值后开始发生动态再结晶，硬化率下降；第二阶段，应力达到最大值后，化率下降；第二阶段，应力达到最大值后，动态软化超过加工硬化，曲线下降；第三动态软化超过加工硬化，曲线下降；第三阶段，随真应变的增加，动态软化与加工阶段，随真应变的增加，动态软化与加工硬化平衡，流变应力趋于衡定。硬化平衡，流变应力趋于衡定。在较低的应变速率或较高的变形温度下，由于位在较低的应变速率或较高的变形温度下，由于位错密度增加速率较小，动态再结晶后，错密度增加速率较小，动态再结晶后，必须有进必须有进一步的加工硬化，才能再一次积累位错密度发生一步的加工硬化，才能再一次积累位错密度发生再结晶再结晶。因此，动态再结晶与加工硬化交替进行，。因此，动态再结晶与加工硬化交替进行，应力应变曲线呈波浪形。应力应变曲线呈波浪形。动态再结晶也是通过形成新的大角晶界及随后的动态再结晶也是通过形成新的大角晶界及随后的晶界移动所完成的。但再结晶过程也是不断变形晶界移动所完成的。但再结晶过程也是不断变形的过程，因此具有的过程，因此具有反复形核，有限生长反复形核，有限生长的特点。的特点。长成的晶粒等轴长成的晶粒等轴、细小，而且细小，而且有较高的位错密度有较高的位错密度和位错缠结存在和位错缠结存在，强度和硬度比静态再结晶组织，强度和硬度比静态再结晶组织要高。要高。7.5.2 热变形引起组织、性能的变化热变形引起组织、性能的变化7.5.2.1 改善铸造状态的组织缺陷：气孔、改善铸造状态的组织缺陷：气孔、疏松等缺陷再热变形过程中消失，偏析部疏松等缺陷再热变形过程中消失，偏析部分消除，粗大的铸态柱状晶和树枝晶变为分消除，粗大的铸态柱状晶和树枝晶变为细小均匀的等轴晶，夹杂物或脆性相的形细小均匀的等轴晶，夹杂物或脆性相的形态及分布得以改善。由此提高了材料致密态及分布得以改善。由此提高了材料致密性和机械性能，特别是性和机械性能，特别是塑性和韧性显著提塑性和韧性显著提高高。7.5.2.2 热变形形成流线，呈现各向异性：热变形形成流线，呈现各向异性：枝晶偏析、夹杂物和第二相等将随材料的枝晶偏析、夹杂物和第二相等将随材料的变形而沿变形方向呈纤维状分布，称为变形而沿变形方向呈纤维状分布，称为流流线线。流线使金属机械流线使金属机械性能，特别是塑性能，特别是塑性和韧性各向异性和韧性各向异性。性。正确的流线正确的流线分布可有效提高分布可有效提高工件的使用性能。工件的使用性能。7.5.2.3 形成带状组织：亚共析钢热变形后，形成带状组织：亚共析钢热变形后，其其铁素体和珠光体成条状分布，称为铁素体和珠光体成条状分布，称为带状带状组织组织。有两种可能的形成方式：其一是在。有两种可能的形成方式：其一是在两相区温度范围内，两相区温度范围内，铁素体沿奥氏体晶界铁素体沿奥氏体晶界析出后变形伸长，再结晶后两者都变成等析出后变形伸长，再结晶后两者都变成等轴晶粒但分布仍成条状轴晶粒但分布仍成条状；其二是热变形中；其二是热变形中枝晶偏析或夹杂物被拉长，当奥氏体冷却枝晶偏析或夹杂物被拉长，当奥氏体冷却时，偏析区域首先析出铁素体成条状分布，时，偏析区域首先析出铁素体成条状分布，随后在其两侧的奥氏体区域再转变为珠光随后在其两侧的奥氏体区域再转变为珠光体体，最终形成条带状的混合物。，最终形成条带状的混合物。带状组织也使材料产生各向异性，影响与带状组织也使材料产生各向异性，影响与流线类似。流线类似。图图7-42为热轧低为热轧低碳钢板的带状组碳钢板的带状组织显微照片。织显微照片。为了防止和消除为了防止和消除带状组织，热变带状组织，热变形时应该：形时应该：1 避开两相区；避开两相区；2 减少夹杂元素含量；减少夹杂元素含量；3 采采用高温扩散退火，消除元素偏析。如果已用高温扩散退火，消除元素偏析。如果已出现带状组织，可出现带状组织，可在单相区加热作正火处在单相区加热作正火处理理，以消除或改善带状组织。，以消除或改善带状组织。7.5.2.4 热变形材料的机械性能在相当程度热变形材料的机械性能在相当程度上决定于材料的晶粒大小，细小晶粒具有上决定于材料的晶粒大小，细小晶粒具有更高的强韧性。更高的强韧性。获得细小晶粒的获得细小晶粒的有效措施有效措施：低的变形终止温度；低的变形终止温度；大的最终变形量；大的最终变形量；快的冷却速度；快的冷却速度；添加微量合金元素添加微量合金元素。7.5.3 超塑性：某些材料在特定条件下可得超塑性：某些材料在特定条件下可得到到2002000%的特大延伸率，称之为超塑的特大延伸率，称之为超塑性。性。产生超塑性的条件：产生超塑性的条件：1 材料为具有细小材料为具有细小(10m)等轴晶的两相等轴晶的两相组织，而且组织在超塑变形中稳定而不显组织，而且组织在超塑变形中稳定而不显著增大；著增大；2 变形温度应控制在变形温度应控制在(0.50.6)Tm之内。之内。3 应变速率较小，应变速率较小，10-210-4s-1应在之间。应在之间。材料拉伸曲线上的均匀流变应力材料拉伸曲线上的均匀流变应力对应变对应变速率速率很敏感很敏感(图图7-43):T T=c=cm (7-19)式中式中:c为为由材料决由材料决定的常数；定的常数；m为为应变应变速率速率敏感常数敏感常数，m值值越大，越大，T T对对越敏感。越敏感。m在在适中适中时时最大，在最大，在较较高或高或较较低低时时都都较较小。小。为为了了获获得超塑性，要求材料的得超塑性，要求材料的m值值不小于不小于0.5。温度和晶粒尺寸温度和晶粒尺寸对对超塑材料超塑材料lg-lglg及及m-lg 曲曲线线的影响的影响见图见图7-44。适当地提高变形温度或减小晶粒尺寸有以适当地提高变形温度或减小晶粒尺寸有以下变化：下变化：1 所有应变速率下的所有应变速率下的流变应力均下降流变应力均下降，应变，应变速率低时更显著；速率低时更显著；2 显示显示超塑性的应变速率范围移至更高超塑性的应变速率范围移至更高的应的应变速率；变速率；3 m的最大值增加的最大值增加，并移至更高的应变速率。，并移至更高的应变速率。超塑变形材料的超塑变形材料的组织特征组织特征：晶粒未变形；晶粒未变形；不出现滑移线，没有亚结构形成，位错不出现滑移线，没有亚结构形成，位错密度不增加。密度不增加。流线和带状组织消失；流线和带状组织消失；再结晶织构消失再结晶织构消失。利用材料超塑性制成的零部件没有弹性变利用材料超塑性制成的零部件没有弹性变形，尺寸精度高，表面光洁。形，尺寸精度高，表面光洁。