Page 131 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第四章 高温合金锻造过程数值模拟

能量，从而降低体系的热力学稳定性，因此在一定温度条件下，体系会朝着自由
能下降的方向发生相应的微观组织结构和性能的变化。位错的有序重排和湮灭会
使得缠结的位错重新排列，形成具有一定取向差的位错墙 / 小角度晶界（LAGBs），

最终导致基体内部位错密度下降，材料强度、硬度有所下降，这一过程也被称为
静态回复（SRV）。回复过程发生在退火的早期阶段，主要为后续的再结晶过程
做结构和能量方面的准备，通常不涉及大角度晶界的生成和迁移，因此回复过程
并不改变基体的拓扑结构，只是降低晶粒内部的位错密度。

在再结晶的早期，形核通常发生在原始晶界处，随着再结晶的进行，逐步消
耗周围位错密度较大的原始晶粒，形成“项链状”特征的无畸变再结晶晶粒，直
至完全取代原始变形组织，这种通过形核—长大方式产生再结晶晶粒的过程称为
不连续静态再结晶。此外，在一些含有弥散相的应变硬化铝合金中的高温退火过

程中，分布在亚晶界 / 晶界上的细小沉淀相逐渐粗化，造成钉扎效应减弱，导致
在亚晶长大的同时亚晶界取向差不断增大，直到所有的 LAGBs 转变为大角度晶
界（HAGBs），使整个再结晶组织在基体中均衡发展。这种非分阶段进行的再
结晶方式被称为原位或连续静态再结晶（CSRX）。

（二）动态再结晶
金属及合金的动态再结晶的发生条件及微观组织演化机制与静态再结晶十分
相似，都是在变形储能的驱动下，通过形核—长大或亚晶旋转、迁移及合并机制
形成再结晶晶粒，取代原始变形组织，并且迁移过程会受到第二相粒子和溶质原

子等的影响。区别在于 SRX 发生在金属冷变形后的退火过程中，而 DRX 发生在
再结晶温度以上的塑性变形过程中。在金属基体内部同时进行着形变造成的加工
硬化，以及 DRV、DRX 造成的软化过程。其中具有明确的形核—长大过程称为
不连续动态再结晶，通过亚晶旋转机制形成再结晶晶粒的过程称为原位或连续动

态再结晶，在一般情况下，通常说的动态再结晶是指不连续动态再结晶。除了变
形温度、应变量以及材料本身性质等影响因素外，发生 DRX 的金属及合金的最
终组织结构还与变形速率有关。为了描述金属塑性成型过程中流变应力、温度以
及应变速率之间的定量关系，SELLARS 等提出包含动态再结晶激活能 Q 和变形

温度 T 的双曲正弦数学模型。
通常来说动态再结晶的流动应力曲线由 3 个阶段组成。第一阶段：材料的初
始塑性变形很小，随着应变量增加，金属基体内部的位错密度不断上升，材料的

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