【论文介绍】SA508Gr.4N钢热变形过程微观组织演变及流变应力模型

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研究背景

    金属材料热变形过程中，由于温度和变形的耦合作用，使得其内部组织发生多种机制的变化，如热变形阶段的加工硬化、动态回复和动态再结晶，热变形结束后的静态再结晶和亚动态再结晶。其中，动态再结晶对金属材料内部微观组织的变化起着至关重要的作用。SA508Gr.4N钢属于Ni-Cr-Mo系低合金钢，具有严重的粗大晶粒组织遗传性，不合理的锻造方式会造成锻件内出现混晶，并且混晶组织通过后续热处理是很难消除的。所以，通过建立SA508Gr.4N钢的流变应力模型和微观组织演变模型为大锻件的有限元模拟和工业锻造提供理论基础数据，进而优选出最佳的锻造工艺，使锻件内部获得细小、均匀的等轴晶组织。

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结果展示 

    SA508Gr.4N钢在不同实验条件下的流变应力曲线如图1所示。随着应变速率的降低和变形温度的升高，流变应力逐渐降低。在相同真应变量下，当温度一定时，随着应变速率的增加，变形时间缩短，将导致在短时间内位错密度急剧增加，增强了加工硬化效果，同时由于变形时间的缩短，降低了动态回复和动态再结晶的软化作用，二者同时作用使得变形抗力增大，流变应力增大；而当应变速率不变时，随着变形温度的升高，增强了原子的热激活作用，加速了位错运动，使得位错滑移阻力降低，从而导致流变应力下降。

图1 真应力-真应变曲线  

(a) 0.001 s^-1; (b) 0.01 s^-1; (c) 0.1 s^-1; (d) 1 s^-1

    当真应变量为0.9时，变形温度和应变速率对SA508Gr.4N钢发生动态再结晶后的微观组织影响如表1和图2所示。当应变速率不变为1 s^-1时，变形温度为850 ℃仅发生了部分动态再结晶（PDRX），且动态再结晶发生在原始晶粒的晶界处，形成项链状组织。随着变形温度的升高，动态再结晶百分比逐渐增加，到1050 ℃以后，材料内部的组织已经被动态再结晶组织完全覆盖。当变形温度为1200 ℃，应变速率为1，0.1，0.01 s^-1和0.001 s^-1时，随着变形速率的降低，动态再结晶的平均晶粒尺寸逐渐增加。当变形速率为1，0.1，0.01 s^-1和0.001 s^-1时，再结晶晶粒尺寸分别为29.50，65.15，108.16 μm和190.05 μm。

    由表1可知，为满足大锻件SA508Gr.4N钢的晶粒度要求（平均晶粒尺寸≥5级，平均截距≤56.6 μm），锻造工艺应选择：变形温度1200 ℃，应变速率1 s^-1；变形温度1150 ℃，应变速率0.1~1 s^-1；变形温度950~1050 ℃，应变速率0.001~1 s^-1；变形温度850 ℃，应变速率0.001 s^-1。

表1 不同变形工艺下动态再结晶晶粒尺寸（μm）

图2 真应变为0.9时不同变形条件下的微观组织

图片从左至右、从上至下依次：850 ℃，1 s^-1；950 ℃，1 s^-1；1050 ℃，1 s^-1；1150 ℃，1 s^-1；1200 ℃，1 s^-1；1200 ℃，0.1 s^-1；1200 ℃，0.01 s^-1；1200 ℃，0.001 s^-1

    动态再结晶流变应力模型采用基于物象的两阶段流变应力模型，如式（1）所示；动态再结晶晶粒尺寸模型采用式（2）表示：

图3 特征点的取值方法

原文出处：

SA508Gr.4N钢热变形过程微观组织演变及流变应力模型（点击“题目”可链接全文）

乔士宾, 何西扣, 刘敬杰, 赵德利, 刘正东

2021, 49 (3): 67-77.   

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000566