锻造锻件时热塑性变形对金属组织和性能的影响一

       改善组织及晶粒大小对于铸态金属坯料，粗大的树枝状晶组织经塑性变形及再结晶而变成等轴的细晶粒组织，对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在以后的热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织也可得到改善。

       锻件的晶粒大小直接取决于热塑性变形时的动态回复和动态再结晶的组织状态，以及随后的三种静态软化机理的作用，再结晶晶粒不足以长大，晶粒细小，特别是其中的静态再结晶和亚动态再结晶。而所有这些又都与金属的性质、变形温度、应变速率和变形程度以及变形后的冷却速度等因素有密切关系。

       对于热变形时只发生动态回复的金属，只要变形程度足以达到稳定动态回复阶段，则亚结构是均匀相等的，其尺寸大小主要与热变形时的温度和速度有关。终锻温度高、应变速率低，则随后的静态再结晶晶粒粗大；反之，则静态再结晶晶粒细小，由于此类金厲的静态再结晶进展缓慢，因此，若锻后的冷却速度快，也可能使静态再结晶不充分。

       对于只发生动态再结晶金属，热变形后的晶粒大小与动态再结晶时的组织状态和亚动态再结晶过程有关。当变形温度较高、应变速率较低和变形程度较小时，动态再结晶晶粒较大，经亚动态再结晶后晶粒也较粗大；反之，则动态再结晶晶粒较细小，经亚动态再结晶后的晶粒也就较小。由于亚动态再结晶进展速度很快，因此亚动态再结晶后的晶粒总是比动态再结晶时的晶粒大；如果热变形后继续保持高温、冷却速度过慢，则再结晶后的晶粒又会继续长大而变得很粗大。

       合金元素的影响，合金元素不论是固溶还是生成弥散微粒相，都有利于提高再结晶形核率和降低晶界的迁移速度，因而能使再结晶晶粒细化。例如，添加微世Nb的碳钢比普通碳钢能显著降低再结晶速度，使晶粒细化。

       热变形时的变形不均匀，会导致再结晶晶粒大小的不均匀，特别是在变形程度过小而落入临界变形程度的区域。再结晶后的晶粒会很粗大。在实际的成形加工中，这种再结晶晶粒的大小不均匀往往很难避免。对于大型自由锻。可以通过改进工艺操作规程来改善这种不均匀性；但在热模锻时，由于模锻件形状往往很复杂，而所用原毛坯的形状又比较简单，这样变形分布就可能很不均匀，而出现局部粗晶现象。在热塑性变形时，当变形程度过大(>90%)且温度很高时，还会出现再结晶晶粒的相互吞并而异常长大，此称二次再结晶。

       锻合内部缺陷。热塑性变形可以使铸态金属中的疏松、空隙和微裂纹等缺陷被压实，提高了金属的致密度。内部缺陷的锻合效果，与变形温度、变形程度、三向压应力状态及缺陷表面的纯洁度等因素有关。宏观缺陷的锻合通常经历两个阶段：先是缺陷区发生塑性变形，使空隙变形、两壁靠合，称之为闭合阶段，而后在三向压应力作用下，加上高温条件，使空隙两壁金属焊合成体，称之为焊合阶段。如果没有足够大的变形程度，不能实现空隙的闭合，虽有三向压应力的作用，也很难达到宏观缺陷的焊合。对于微观缺陷只要有足够大的三向压应力，就能实现锻合。

       大钢锭的断面尺寸大，疏松、孔隙等缺陷又多集中于钢锭的中心区域，因此在大钢锭锻造时，为提高中心区缺陷的锻合效果，常采用“中心压实法”或称“硬壳锻造法”。当对钢坯沿其轴线方向锻压时，心部处在强烈的三向压应力作用下，得到类似于闭式模锻一样的锻造效果，从而有利于锻件锻合中心区域的疏松、孔隙缺陷。