變形溫度對(duì)鍛件塑性的影響
對(duì)于大多數(shù)金屬,隨著變形溫度升高,總的趨勢(shì)是塑性增加,但在溫度變化過(guò)程某些溫度區(qū)間,金屬的塑性降低,出現(xiàn)脆性區(qū)。可以看出,在超低溫區(qū)域金屬塑性極低,在-200℃時(shí)由于原子的熱振動(dòng)能力極低及晶界形成脆性相,幾乎沒(méi)有塑性。隨著溫度的升高,塑性增加,人約在200℃出現(xiàn)峰值,超過(guò)200℃塑性下降,在400℃左右塑性有較大的降低,出現(xiàn)第一個(gè)低谷值,塑性降低的原因可能與氮化物、氧化物等在晶界、滑移面沉淀析出有關(guān),類似于時(shí)效硬化,此溫度區(qū)間稱為藍(lán)脆區(qū)。溫度繼續(xù)升高,溫度在800℃,塑性出現(xiàn)第二個(gè)峰值,超過(guò)800℃,塑性開(kāi)始下降,在1000℃左右出現(xiàn)第二個(gè)低谷值,塑性下降,區(qū)域三鍛件塑性降低的原因可能和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,形成鐵素體和奧氏體兩相共存,或晶界出現(xiàn)低熔點(diǎn)的共晶體有關(guān),此溫度區(qū)間稱為熱脆性區(qū),超過(guò)熱脆性區(qū)塑性有所增加,溫度在1200℃時(shí),出現(xiàn)第三個(gè)峰值,溫度超過(guò)1200℃,塑性開(kāi)始下降,溫度超過(guò)1250℃,碳鋼出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒、晶粒粗大及晶界低熔點(diǎn)物質(zhì)的局部熔化等,塑性又急劇下降,出現(xiàn)高溫脆性區(qū)。
在塑性加工時(shí),應(yīng)避開(kāi)上述各脆性區(qū)。例如,鋼的溫變形加工,不要在藍(lán)脆溫度范圍進(jìn)行,否則容易脆裂;鋼的熱加工,不能進(jìn)入高溫脆性區(qū),避免鍛后組織粗大或斷裂缺陷;至于熱脆性區(qū),此時(shí)塑性已經(jīng)較高,變形抗力低,為了鍛造加工操作方便,有時(shí)也可利用。
溫度升高,塑性增加的原因主要有如下幾點(diǎn)。
1.隨著溫度的升高,材料發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶。回復(fù)使合金得到一定程度的軟化,再結(jié)晶則完全消除加工硬化效應(yīng),提高塑性。
2.溫度升高,材料原子動(dòng)能增加,提高位錯(cuò)的活動(dòng)性,增加滑移系,改善了鍛件晶粒之間的變形協(xié)調(diào)性。如面心立方晶體結(jié)構(gòu)的鋁,在室溫時(shí)滑移面為(111),當(dāng)溫度升高到400℃時(shí),除廣(111)面外,(100)面也參與滑移,塑性增加,在450-550℃的溫度范圍鋁的塑性最好,超過(guò)600℃塑性急劇下降,這與組織過(guò)熱和(111)面滑移停止作用有關(guān)。
3.隨溫度升高,材料的組織發(fā)生了變化,如由多相組織為單相組織變,塑性不利位置的晶格位相轉(zhuǎn)變為對(duì)塑性有利的晶格位相。對(duì)于碳鋼,950-1250℃溫度范圍塑性較好,這與碳鋼處于單相奧氏體組織狀態(tài)密切相關(guān)。
4.隨著溫度的升高,發(fā)生熱塑性,熱塑性發(fā)生在晶界處,晶粒愈細(xì),溫度愈高,熱塑性作用愈大。在回復(fù)溫度下,熱塑性對(duì)金屬塑性變形所起的作用不明顯,在高溫下,熱塑性作用增強(qiáng)。
5.隨溫度的升高,晶界切變抗力顯著降低,晶間滑移容易進(jìn)行,晶間滑移及時(shí)消除相鄰晶界不均勻變形所形成的應(yīng)力集中,增加晶間滑移量,提高高溫塑性。
溫度對(duì)各種金屬及合金的影響規(guī)律,可用表示塑性和變形抗力的綜合指標(biāo)可鍛性表示。隨溫度升高,一方面金屬及合金可鍛性提高,另一方面溫度升高造成晶粒粗大及其第二相的析出,可鍛性一般不隨溫度增加而一直增加。