Page 132 - 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

变形抗力不断上升，也就是材料的加工硬化过程；另一方面，基体变形产生的位
错可以通过螺型位错交滑移、刃型位错攀移及位错节点的脱钉等形式运动，以及
异号位错相互湮灭，从而使部分位错消失并发生重排，形成位错胞壁（动态回复

过程），造成材料的软化，并且随着变形量的增加，动态回复软化速度逐渐接近
加工硬化速度，直至流动应力达到最大值。第二阶段：随着金属变形程度的增加，
基体内部畸变能不断增大，直至达到临界应变量 ε 后，将发生动态再结晶形核—
cr
长大，在形核及大角度晶界迁移过程中将消耗大量位错，使基体内部畸变能和位

错密度显著下降，流动应力曲线在达到峰值应力后呈现下降趋势。第三阶段：当
材料发生不连续动态再结晶时，DRX 引起的材料软化与基体持续变形引起的硬
化作用相互交替进行，使得流动应力曲线呈现波浪形特征，随着基体内部再结晶
体积分数不断增大，最终流动应力曲线趋于平稳，称为动态再结晶型曲线。当材

料发生以 CDRX 为主要机制的软化行为时，其流动应力由于应变量增加产生的
加工硬度在变形初期急速上升，在达到一定变形量后在 DRV 和 DRX 的软化作
用发生下降，并稳定在峰值应力和屈服应力之间的区域，而非 DDRX 中可能出
现的波浪形特征，这与 CDRX 晶粒不同于 DDRX 的形成机制有关。在这个过程

中，组成亚晶界的 LAGBs 不断吸收位错，发生亚晶旋转，DRV 和 CDRX 消耗
的位错与加工硬化始终保持平衡，导致基体内部位错密度变化相对连续。因此，
CDRX 的流动应力曲线相对稳定。而 DDRX 的形核需要基体内的位错密度累积
达到发生 DDRX 形核所需的临界位错密度 ρ cr （累积位错密度的过程对应流动应

力曲线的上升），一旦晶内位错密度达到临界位错密度 ρ cr ，即发生形核过程，
会消耗大量位错（对应流动应力曲线的下降），因此 DDRX 过程造成基体内位
错密度有所起伏，所对应的流动应力曲线出现“波浪形特征”。此外，材料在不
同热加工条件下发生的诸如沉淀相、织构变化等现象也会对流动应力曲线产生复

杂的影响。
在实际生产过程中，金属材料发生的 DRX 类型往往是非常复杂的，不同
DRX 之间并不存在明显界限，往往同时发生或交替进行，甚至对于同种材料，
不同的热加工条件或初始晶粒尺寸也会导致 DDRX 和 CDRX 之间相互转化。对

于中、低堆垛层错能（SFE）金属来说，其流动应力曲线在高变形温度、低应
变速率（低 Z 值）条件下呈现多峰值特征，在低变形温度、高应变速率（高 Z
值）条件下呈现单峰值特征。ZHANG 发现 2195 铝合金在中温（300℃ ~360℃）

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