Page 130 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术

温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在晶界及亚晶界形核；动态
再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间随温度升高而缩
短。传统的动态再结晶理论中动态再结晶过程通过动态再结晶晶粒的形核和长大

的方式来消除形变基体中的位错及亚晶界等形变缺陷，这一过程通过大角度晶界
的迁移实现，是一种“不连续”的现象，因此传统的动态再结晶理论又被称为“不
连续动态再结晶理论”，一般认为该现象只能在低、中等层储能材料中发生。然
而较高层错能材料，如铝、alpha-Fe 等，在热变形过程中亚晶界持续吸收位错，

角度不断增大，最终由小角度晶界转为大角度晶界，即亚晶成为真正的晶粒。虽
然这一过程几乎不涉及大角度晶界的迁移，但亚晶界由小角度晶界转为大角度晶
界同样消耗了大量的位错密度，并导致原始组织的细化，实际上也是一种动态再
结晶行为，人们将这种动态再结晶称为“连续动态再结晶”。

由于在再结晶的形核长大期间同时还进行金属的形变，再结晶新形成的晶粒
在它们生长的同时也在变形。当在再结晶完成之前，再结晶晶粒中心的位错密度
达到足够发生另一次再结晶，新的形核周期又开始，于是在已再结晶的晶粒中又
开始新一轮的形核长大。因此，在任一时刻，在金属中均存在一个形变程度不等

的地区，就是这种状态的组织维持金属的流变应力高于静态再结晶的流变应力。
出现动态再结晶的金属，往往是较难发生动态回复的金属，这些金属的层错能较
低，如铜、镍、钴等，因为层错能低，它们发生交滑移、攀移等活动过程的困难
较大些，因此动态回复速率低，亚结构的位错密度大，促进了动态再结晶的形核。

一、再结晶物理演化机制

（一）静态再结晶
当金属材料发生塑性变形时，外部做功大部分能量以热能形式耗散，只有

少部分变形能量（1%）以缺陷的形式储存在金属基体中（由于空位和间隙的原
子在低温下的扩散能力也很强，对于变形储能的贡献很小，因此变形储能主要以
位错累积形式分布在基体中），晶粒内部通过弗兰克 - 里德位错源（Frank-Read
source）机制不断产生新的位错，用以协调变形产生的塑性应变，导致晶内位错

密度不断增加，并伴随着晶粒拓扑结构转变，产生具有一定晶体学取向的变形织
构。同时晶粒尺寸降低，总晶界面积上升，最终表现为金属材料强度、硬度不断
提升，呈现出加工硬化的特点。由于位错和界面等缺陷密度的增加会提高体系总

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