珠光体对铁素体动态再结晶的影响

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2005.02.044 第27卷第2期 北京科技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 珠光体对铁素体动态再结晶的影响 李龙飞”杨王玥”孙祖庆) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家实验室，北京100083 摘要利用Gleeble 1500热模拟实验机进行单轴压缩实验，研究了工业纯铁和两种不同含碳 量的低碳钢在700℃、不同应变速率条件下的热变形行为.实验结果表明，变形组织中的珠光 体对铁素体动态再结晶行为具有重要影响，即增加钢中珠光体含量，可以促进铁素体动态再 结晶过程的发生和发展，使得可以发生铁素体动态再结晶的应变速率范围变宽 关键词铁素体；动态再结晶；珠光体；纯铁；低碳钢 分类号TG111.7:TG142.31 一般认为，体心立方结构的铁素体由于具有 至700℃保温后在铁素体相区变形的工艺（图1）， 较高的层错能，在热变形过程中动态回复是其惟 变形温度为700℃，应变速率为10-0.001s',最大 一的软化机制”.然而笔者在研究普通低碳钢在 名义变形量为80%.变形后立即水淬，由于变形 铁素体相区的热变形行为时发现，在一定的变形 温度低，水冷足以抑制静态再结晶的发生，将变 条件下，低碳钢可以通过发生铁素体动态再结晶 形试样沿压缩方向切开，观察面平行压缩方向， 过程，实现组织细化.并且发现，动态再结晶核 机械抛光后用4%硝酸酒精溶液侵蚀，组织观察 心首先在珠光体团附近形成四，将珠光体团分散 在S-250型扫描电镜上进行. 成渗碳体颗粒对动态再结晶过程可起到明显的 表1所用实验材料的化学成分（质量分数） 促进作用，为了明确变形组织中珠光体等第二 Table 1 Chemical composition of experimental materials 组织对铁素体动态再结晶影响作用的程度，丰富 材料C Mn Si P S Al Fe 铁素体动态再结晶理论，本文采用Gleeble 1500 纯铁0.00140.05<0.030.0120.0087<0.015Bal. 型热模拟试验机进行单轴压缩实验，通过分析工 LCA0.06000.480.150.0120.00600.012Bal. 业纯铁及两种不同含碳量的低碳钢在铁素体相 LCB0.17100.360.090.0170.01300.025Bal. 区的热变形行为，研究了珠光体的体积分数9对 表2三种材料的热处理工艺 铁素体动态再结晶过程的影响. Table 2 Heat treatment processes for experimental materials 材料 热处理工艺 alμm单，% 1实验过程 纯铁 1000℃保温30min后缓冷 109.30 LCA 1000℃保温40min后缓冷 93.07.3 本实验所用三种材料的化学成分如表1所 LCB 1000℃保温30min后缓冷 94.6182 示.在1100-850℃热锻成中15mm×1m的棒材，经 热处理（为了得到相似的平均晶粒尺寸d,约100 700℃，5min 66 AW m,工艺如表2)后机加工成8mm×15mm的圆柱 试样.铁素体相区变形在Gleeble1500型热模拟 试验机上采用单轴压缩实验进行，为了避免α→Y 10℃s WQ 相变对铁素体动态再结晶的干扰，采用直接加热 收稿日期：200404-26修回日期：200409-22 tis 基金项目：国家自然科学基金资助项目QNo.50171004) 图1热加工工艺示意图 作者简介：李龙飞(1977一)，男，博士研究生 Fig.I Schematic diagram of hot deformation

第 ， 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 扭 抢 比 比 加 珠光体对铁素体动态再结晶 的影响 李龙 飞 ‘， 杨 王 明 ” 孙祖庆 ” 北 京 科技大 学 材料科 学 与 工 程学 院 ， 北京 北 京 科技 大 学 新金 属 材料 国 家实验 室 ， 北 京 摘 要 利用 巧 热模 拟 实验 机进 行 单 轴压 缩 实验 ， 研 究 了 工 业 纯 铁 和 两 种 不 同含碳 量 的低 碳钢 在 ℃ 、 不 同应 变速率 条件 下 的热 变 形 行 为 实验 结 果 表 明 ， 变 形 组 织 中的 珠 光 体对 铁 素 体动 态 再 结 晶行 为具 有重 要 影 响 ， 即增 加钢 中珠光 体含 量 ， 可 以促 进铁 素 体 动 态 再 结 晶过 程 的发 生 和 发展 ， 使得可 以 发 生 铁 素体动 态再 结 晶 的应 变速率 范 围变 宽 关键词 铁 素体 动 态 再 结 晶 珠 光体 纯 铁 低 碳钢 分 类号 一 般 认 为 ， 体 心 立 方 结 构 的铁 素 体 由于 具 有 较 高 的层 错 能 ， 在 热变 形过 程 中动 态 回复 是其 惟 一 的软化 机 制 ‘，， 然 而 笔 者 在研 究普 通 低 碳 钢 在 铁 素 体 相 区 的热 变 形 行 为 时发现 ， 在 一 定 的变形 条件 下 ， 低 碳 钢 可 以通 过 发 生 铁 素 体 动 态 再 结 晶 过程 ， 实现 组 织 细 化一 ， 并 且 发现 ， 动 态 再 结 晶核 心 首 先 在 珠 光 体 团 附近 形 成 〔 ，， 将 珠 光 体 团分 散 成 渗 碳 体 颗 粒 对 动 态 再 结 晶过 程 可 起 到 明显 的 促 进 作 用 ‘ 为 了 明确 变 形 组 织 中珠 光 体 等 第 二 组 织 对 铁 素 体 动 态 再 结 晶影 响作用 的程 度 ， 丰 富 铁 素 体动 态 再 结 晶理 论 ， 本 文 采用 型 热 模拟 试 验 机 进 行 单轴 压 缩 实验 ， 通 过 分析 工 业 纯 铁 及 两 种 不 同 含 碳 量 的低 碳 钢 在 铁 素 体 相 区 的热 变 形 行 为 ， 研 究 了珠 光 体 的体 积 分 数 仇对 铁 素 体 动 态 再 结 晶过 程 的影 响 实验 过 程 本 实 验 所 用 三 种 材 料 的 化 学 成 分 如 表 所 示 在 ℃ 热 锻 成 拟 的棒 材 ， 经 热 处 理 为 了 得 到 相似 的平 均 晶粒 尺 寸 ， 约 脚 ， 工 艺如 表 后机 加 工 成 中 的 圆柱 试 样 铁 素 体 相 区变 形 在 型 热 模 拟 试 验 机 上采 用 单轴 压 缩 实验 进 行 ， 为 了避 免 一 相 变对铁 素 体动 态 再 结 晶 的干 扰 ， 采 用 直 接 加热 至 ℃ 保温 后 在 铁 素 体 相 区 变 形 的工 艺 图 ， 变 形温度 为 ℃ ， 应 变 速 率 为 一 ’ ， 最 大 名 义 变 形 量 为 变 形 后 立 即水 淬 ， 由于 变 形 温 度低 ， 水 冷 足 以抑 制 静 态 再 结 晶 的发 生 将 变 形 试 样 沿 压 缩 方 向切 开 ， 观 察 面 平 行 压 缩 方 向 ， 机 械 抛 光 后 用 硝 酸 酒 精溶 液 侵 蚀 ， 组 织 观 察 在 一 型 扫 描 电镜 上 进 行 表 所 用 实 验材料 的化 学成 分 质 分 数 材 料 纯 铁 刀 刃 表 三 种材料 的热处 理 工 艺 几 代 恤 加 材料 热处 理 工 艺 刁 卿 尹 纯 铁 ℃ 保温 后 缓 冷 ℃ 保温 后 缓冷 保温 后 缓冷 ℃ ， 氏￡ 纪 卜 ℃ 收 稿 日期 刁 修 回 日期 佗 基金 项 目 国 家 自然科学基 金 资助 项 目困 作者简 介 李 龙 飞 一 ， 男 ， 博 士研 究生 图 热 加 工工 艺 示 意 图 卜 血 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．02．044

Vol.27 No.2 李龙飞等：珠光体对铁素体动态再结晶的影响 ·179· 2 实验结果及分析 500 。一纯铁，0.001s 图2是这三种材料在700℃，不同应变速率 400 一-纯铁，0.1s1 条件下变形得到的流变曲线.可以看出，随着应 300 一一纯铁，10s 变速率的增加，三种材料的流变应力水平均相应 eaw/e -LCB,0.001s 200 700℃ 增大并发生流变曲线形状的改变，在较高温度条 件下变形时，材料内部可能发生加工硬化、动态 % 回复和动态再结晶过程，这些过程的发生程度决 定了流变曲线的形状，根据流变曲线的加工硬化 0 0.2 0.40.6 0.81.0 率（⊙，do/de)随应变(e)的增加的变化趋势，可以判 图3不同条件下加工硬化率和应变的关系曲线 断流变曲线的类型，如图3所示.由于在大应变 Fig.3 Relationships between work harden rate and strain under 量条件下流变应力受变形方式的影响较大，在此 various conditions 仅考虑小应变量条件.LCB钢在700℃，0.001s条 线存在明显处于零值线以下的部分，表明相应的 件下，变形时，当应变量达到一定程度后，⊙一ε曲 流变曲线为动态再结晶型；而纯铁在700℃， 250 (a) 0.001s条件下变形时，当应变量达到一定程度 纯铁，700℃ 200 后，⊙一ε曲线基本保持在零值线附近，表明相应 10s 的流变曲线为动态回复型：纯铁在700℃，0.1s 150 0.1s 条件下变形时，⊙一ε曲线始终保持在零值线以 100 0.01s 上，即相应的流变曲线为加工硬化型：纯铁在700 0.001s ℃，10s'条件下变形时，当达到较大应变量时， 50 ⊙ε曲线降到零值线附近，但由以前的研究工作 0.5 1.0 1.5 可知，这是由于高应变速率条件下变形时，试样 e 内部积累的摩擦内热导致的软化引起的”，不能 简单地将其归于动态再结晶型或动态回复型， 250 (b) LCA,700℃ 根据上面提到的划分标准可以看出，纯铁仅 200 10s 在应变速率为0.001s条件下变形时，其流变曲 150 -1s 线为动态回复型，随着材料中珠光体含量的增 0.1s 加，当应变速率达到1s时，两种低碳钢的流变 00 0.01s 0.001s 曲线仍为动态回复型（图2(b),(c),而且珠光体含 50 量更高的LCB钢在应变速率为0.001s'条件下变 形时，流变曲线为动态再结晶类型. 0.4 0.8 1.2 1.6 图4(a)是三种材料在700℃，0.001s条件下 变形时的流变曲线，图4(b)是相应的⊙-ε曲线. 从中可以看出：变形初期，三种材料的流变应力 300(c) LCB.700℃ 迅速增加，两种低碳钢的加工硬化率均高于纯 250 108 铁，表明变形组织中珠光体的存在对材料的加工 200 edW/o 硬化率具有一定的影响，珠光体含量越大，变形 150 Is 0.1s 开始时材料的加工硬化率越大.变形继续进行， 100 0.013 两种低碳钢的加工硬化率开始低于纯铁，表明低 50 0.001s 碳钢中动态软化过程比纯铁中易于发生，而且珠 光体含量越高越明显，当加工硬化率降为零时， 0 0.4 0.8 1.2 1.6 应力一应变曲线达到应力峰，LCB钢的峰值应变 图2三种材料在700℃变形时的流变曲线 (e,)明显小于另外两种材料（图4b),为0.31，而纯 Fig.2 Flow stress curves of three materials deformed at 700C 铁和LCA钢的峰值应变在0.39左右，此后，LCB

李 龙 飞 等 珠 光体对 铁 素体 动 态 再结 晶 的 影 响 实验 结 果 及 分 析 图 是 这 三 种 材 料 在 ℃ ， 不 同应 变 速 率 条件 下 变 形 得 到 的流 变 曲线 可 以看 出 ， 随着 应 变 速 率 的增 加 ， 三 种 材料 的流变应 力水 平 均 相 应 增 大 并 发生流 变 曲线 形状 的改变 在 较 高温度 条 件 下 变 形 时 ， 材料 内部 可 能发 生 加 工 硬 化 、 动 态 回复和 动 态 再 结 晶过 程 ， 这 些 过程 的发 生程度 决 定 了流 变 曲线 的形 状 根 据 流变 曲线 的加 工 硬 化 率 曰 ， 屏 随应 变 刃的增加 的变 化 趋 势 ， 可 以判 断流 变 曲线 的类 型 ， 如 图 所 示 由于 在 大 应 变 量 条件 下 流 变 应 力 受 变 形 方 式 的影 响较 大 ， 在此 仅考虑 小应 变 量 条件 钢 在 ℃ ， 一 ’条 件 下 ，变形 时 ， 当应 变 量 达 到 一 定程 度 后 ， 曰一￡ 曲 － 纯铁 ， 一 ‘ － 纯铁 ， 一 ， － 纯铁 ， 一 － ， 一 ， 浅腑赚附﹂ 峥，‘汽、月 ‘︸孟 之﹄自目 图 不 同 条件 下 加 工硬 化率和 应 变的 关 系 曲线 取 拙 ‘ 纯铁 ， ℃ 卜 ， 尸 ， ℃ 尸 一 一－ 一 一 一 一 二 。 一 ， 一 一 扭于于嘿 ，‘，且‘ ︼，︺、︸ 日︸︸ 、写七 名 召 。 。 ‘ 。 ， 一， 。 。 ， 。 厂 ， ” 丫 一 一 一 ， ” ， 阵 一一 陇二二下 ’ ” 卜一一 ‘ ‘ 一 、﹄叼舀月匕 君 图 三种 材料在 ℃ 变形 时 的 流 变 曲线 作 卜概 肠 ℃ 线 存在 明显 处 于 零值线 以下 的部 分 ， 表 明相应 的 流 变 曲线 为 动 态 再 结 晶 型 而 纯 铁 在 ℃ ， 一 ，条 件 下 变 形 时 ， 当应 变 量 达 到 一 定程 度 后 ， 公一￡ 曲线 基 本 保 持 在 零值 线 附近 ， 表 明相 应 的流 变 曲线 为动 态 回 复 型 纯 铁 在 ℃ ， 一 ， 条 件 下 变 形 时 ， 卜一￡ 曲线 始 终 保 持 在 零 值 线 以 上 ， 即相 应 的流 变 曲线 为加 工硬化 型 纯铁在 ℃ ， 一 ，条件 下 变 形 时 ， 当达 到较 大 应 变 量 时 ， 曰一吧 曲线 降到 零值线 附近 ， 但 由 以前 的研 究 工 作 可 知 ， 这 是 由于 高 应 变 速 率 条 件 下 变 形 时 ， 试 样 内部积 累 的摩擦 内热 导致 的软化 引起 的口 ， ” ， 不 能 简 单 地 将 其 归 于 动 态 再 结 晶 型或 动 态 回 复 型 ， 根 据 上 面 提 到 的划 分 标 准 可 以看 出 ， 纯 铁 仅 在应 变速 率 为 一 ，条 件 下 变 形 时 ， 其 流 变 曲 线 为动 态 回 复 型 随着 材 料 中珠 光 体 含 量 的增 加 ， 当应 变速 率 达 到 一 ’ 时 ， 两 种低 碳 钢 的流 变 曲线 仍 为动 态 回 复 型 图 ， ， 而 且 珠 光 体 含 量 更 高 的 钢 在 应 变速 率 为 一 ’条件 下 变 形 时 ， 流 变 曲线 为 动 态 再 结 晶类 型 图 是 三 种 材 料 在 ℃ ， 一 ’条 件 下 变 形 时 的流 变 曲线 ， 图 是 相 应 的曰一 ￡ 曲线 从 中可 以看 出 变 形 初 期 ， 三 种 材 料 的流 变 应 力 迅 速 增 加 ， 两 种 低 碳 钢 的加 工 硬 化 率 均 高 于 纯 铁 ， 表 明变 形 组 织 中珠 光 体 的存 在对 材料 的加 工 硬 化 率具 有 一 定 的影 响 ， 珠 光 体 含 量 越 大 ， 变 形 开 始 时材 料 的加 工 硬 化 率越 大 变 形 继 续进 行 ， 两 种低碳钢 的加 工硬化 率 开始低 于纯铁 ， 表 明低 碳 钢 中动 态 软化 过 程 比纯 铁 中易于 发 生 ， 而且 珠 光 体含 量越 高越 明显 当加 工 硬 化 率 降 为零 时 ， 应 力一应 变 曲线达 到应 力峰 ， 钢 的峰值应 变 ‘ 明显 小于 另外 两种 材 料 图 伪 ， 为 ， 而 纯 铁 和 钢 的峰值 应 变 在 左 右 此 后

·180· 北京科技大学学报 2005年第2期 当应变达到0.69时，纯铁和LCA钢的流变应 100 (aj 力处于稳态阶段，纯铁的变形组织为明显变形的 铁素体晶粒，原始晶界更加弯曲，少量小晶粒在 75 原始晶界附近形成（图5(c1),LCA钢的变形组织 eaw/o 50 纯铁，0.001s 中原始晶界和珠光体附近的小晶粒数量更多一 些，原始晶粒已无法分辨（图5(c2):LCB钢的流 25 一一纯铁 LCA 变曲线依然处于下降阶段，尚未达到谷底，变形 --LCB 0 组织中动态再结晶晶粒进一步增多（图5(c3). 0 0.4 0.8 1.2 1.6 当应变达到1.61时，纯铁及低碳钢的流变应 500 力均处于上升阶段（这可能是由于变形到大应变 (b) 400 纯铁，0.001s 时压头与试样间磨擦力增加引起的)，此时纯铁 变形组织中出现一定数量的细小晶粒（图5(d1)》, 300 。一纯铁 LCA钢的变形组织中的细小晶粒数量更多一些 200 E LCA (图5(d2):而LCB钢的变形组织中主要是动态再 LCB 100 结晶晶粒，残存少量的变形的原始晶粒（图5 00 ￥。学学子 (d3)》. 0.2 0.4 0.6 从图4可知：在此条件下变形时，纯铁和LCA 0 钢的流变曲线为动态回复型，而LCB钢的流变曲 图4三种材料在700℃，0.001g'条件下变形得到的流变曲线 线为动态再结晶型；但当应变达到1.61时，三者 (a)和相应的加工硬化率曲线(b) 的变形组织中均存在不同体积分数的铁素体动 Fig.4 Flow stresses(a)and work harden rates(b)of the three ma terials deformed at 700'C at 0.001 s 态再结晶晶粒.根据前期的研究结果R)可以推 测，在此条件下变形时，纯铁和LCA钢发生了铁 钢的流变应力出现下降，表明变形过程中发生了 素体连续动态再结晶过程（流变曲线为动态回复 动态再结晶：而纯铁和LCA钢的流变应力基本保 型，再结晶晶粒主要在大应变量时形成)，而珠光 持不变，表明变形过程中可能主要发生了动态回 体含量较高的LCB钢发生了铁素体不连续动态 复过程.显然，变形组织中较多珠光体的存在，对 再结晶过程（流变曲线为动态再结晶型，再结晶 动态软化过程具有明显的促进作用.为了进一步 通过形核一长大过程完成). 明确珠光体对动态软化过程的作用，对三种材料 从上面的实验结果可以看出，在此条件下变 在700℃，0.001s条件下变形时的组织演变过程 形时，这三种材料的热变形行为有着明显的区 进行了研究，如图5所示. 别，而且与它们组织中的珠光体含量的区别有直 当应变达到0.16时，流变应力均未达到峰 接联系，珠光体团的硬度高于铁素体晶粒，在变 值，纯铁的变形组织未发生明显变化（图5(al), 形过程中珠光体团的存在使周围的铁素体组织 LCA钢的原始铁素体晶界出现“锯齿”（图5(a2): 产生更高的畸变（与远离珠光体团的区域相比）， 而LCB钢的变形组织中已可以看到晶界弓弯的 在这些高畸变区内部，亚结构的发展更为迅速， 出现，并能观察到原始晶界处有细小晶粒的存在 从而促进铁素体动态再结晶过程的进行，不含珠 (图5(a3),弓弯及小晶粒如箭头所指)，即动态再 光体的纯铁中，原始品界附近的不均匀塑性变形 结晶已开始发生， 显然不足以产生足够高的畸变，因此纯铁中铁素 当应变达到0.36时，纯铁和LCA钢的流变曲 体动态再结晶过程发展缓慢，仅在应变累积到一 线处于峰值附近，此时纯铁的原始晶界开始发生 定程度后部分地发生铁素体动态再结晶.而提高 弯曲（图5bI)》,而LCA钢的原始晶界和珠光体附 变形组织中珠光体的含量，出现动态再结晶晶粒 近出现了一些小晶粒（图5(b2):LCB钢的流变曲 所需的应变量明显减小，最终变形组织中的再结 线己越过应力峰，处于下降阶段，变形组织中已 晶体积分数也明显提高. 可以观察到大量细小再结晶晶粒在珠光体和原 图6总结了两种低碳钢在700℃、不同应变速 始晶界附近形成（图5b3). 率条件下变形至应变为1.61时的变形组织中铁

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 目 髻 纯铁 ， 一 ‘ 一 占一 盛 占 纯铁 节，︸，心声一、咤﹄﹄ 纯铁 ， 一 ， 乌 火巍么 纯铁 丽日匕比 ﹄白乏旬目 图 三 种材料在 ℃ ， 一 ，条件下 变形 得到 的流变 曲线 和 相 应 的加 工 硬 化率 曲线 比 伪 肠 ℃ 一 ， 钢 的流 变应 力 出现 下 降 ， 表 明变 形过程 中发 生 了 动 态 再 结 晶 而纯 铁 和 钢 的流变应 力基 本保 持 不 变 ， 表 明变 形过 程 中可 能主 要 发 生 了动 态 回 复过 程 显 然 ， 变 形 组 织 中较 多珠光 体 的存 在 ， 对 动 态 软化 过 程 具 有 明显 的促进 作 用 为 了进 一 步 明确 珠 光体 对 动 态 软 化过程 的作 用 ， 对 三种 材料 在 ℃ ， 一 ‘条 件 下 变 形 时 的组 织 演 变 过 程 进 行 了研 究 ， 如 图 所 示 当应 变 达 到 ‘ 时 ， 流 变 应 力 均 未 达 到 峰 值 ， 纯 铁 的变 形 组 织 未发 生 明显 变 化 图 ， 钢 的原始 铁 素 体 晶 界 出现 “ 锯 齿 ” 图 而 钢 的变 形 组 织 中 已 可 以看 到 晶界 弓弯 的 出现 ， 并 能观 察 到 原始 晶界 处有 细 小 晶粒 的存 在 图 ， 弓弯 及 小 晶粒 如 箭 头 所 指 ， 即 动 态 再 结 晶 己 开 始 发 生 当应 变 达 到 时 ， 纯 铁 和 钢 的流 变 曲 线 处 于 峰值 附近 ， 此 时纯 铁 的原始 晶界 开始 发 生 弯 曲 图 ， 而 钢 的原始 晶界 和珠 光 体 附 近 出现 了一 些 小 晶粒 图 钢 的流 变 曲 线 已 越 过应 力 峰 ， 处 于 下 降阶 段 ， 变 形 组 织 中 已 可 以观 察 到 大 量 细 小 再 结 晶 晶粒 在 珠 光 体 和 原 始 晶界 附近 形 成 图 当应 变达 到 时 ， 纯 铁 和 钢 的流 变 应 力 处 于稳 态 阶段 ， 纯 铁 的变 形 组 织 为 明显变 形 的 铁 素 体 晶粒 ， 原 始 晶界 更加 弯 曲 ， 少 量 小 晶粒 在 原始 晶 界 附近 形 成 图 。 ， 钢 的变 形 组 织 中 原 始 晶 界 和 珠 光 体 附近 的 小 晶 粒 数 量 更 多一 些 ， 原 始 晶粒 己 无 法 分 辨 图 钢 的流 变 曲线 依 然 处 于 下 降阶 段 ， 尚未达 到 谷底 ， 变 形 组 织 中动 态 再 结 晶 晶粒 进 一 步 增 多 图 当应 变达 到 时 ， 纯 铁 及 低 碳 钢 的流 变 应 力 均 处 于 上 升 阶段 这 可 能是 由于 变 形 到大 应 变 时压 头 与 试 样 间磨 擦 力 增 加 引起 的 ， 此 时纯 铁 变 形 组 织 中 出现 一 定数量 的细 小 晶粒 图 刀 ， 钢 的变 形 组 织 中 的细 小 晶粒 数 量 更 多一 些 图 而 钢 的变 形 组 织 中 主 要 是 动 态 再 结 晶 晶 粒 ， 残 存 少 量 的变 形 的 原 始 晶粒 图 从 图 可 知 在 此条 件 下变 形 时 ， 纯 铁 和 钢 的流 变 曲线 为动 态 回复 型 ， 而 钢 的流 变 曲 线 为动 态 再 结 晶型 但 当应 变达 到 时 ， 三 者 的变 形 组 织 中均 存 在 不 同体积 分 数 的铁 素 体 动 态 再 结 晶 晶粒 根 据 前 期 的研 究 结 果 口 · ，可 以推 测 ， 在 此 条 件 下 变 形 时 ， 纯 铁 和 钢 发 生 了铁 素 体 连 续 动 态 再 结 晶过 程 流 变 曲线 为动 态 回 复 型 ， 再 结 晶 晶粒 主 要 在 大 应 变 量 时形 成 ， 而 珠 光 体 含 量 较 高 的 钢 发 生 了铁 素 体 不 连 续 动 态 再 结 晶过 程 流 变 曲线 为 动 态 再 结 晶 型 ， 再 结 晶 通 过 形 核一长 大 过 程 完成 从 上 面 的实验 结 果 可 以看 出 ， 在 此 条 件 下 变 形 时 ， 这 三 种 材 料 的 热 变 形 行 为 有 着 明显 的 区 别 ， 而 且 与它 们 组 织 中 的珠 光 体含 量 的 区 别有 直 接 联 系 珠 光 体 团 的硬 度 高 于 铁 素 体 晶 粒 ， 在 变 形 过 程 中珠 光 体 团 的存 在 使 周 围 的铁 素 体 组 织 产 生 更 高 的畸 变 与 远 离珠 光 体 团 的区 域 相 比 在 这 些 高 畸 变 区 内部 ， 亚 结 构 的 发 展 更 为迅 速 ， 从而 促进铁素体 动 态 再 结 晶过程 的进 行 不 含 珠 光 体 的纯 铁 中 ， 原始 晶 界 附近 的不 均 匀 塑性 变 形 显 然 不 足 以产 生足 够高 的畸变 ， 因此 纯 铁 中铁 素 体动 态 再 结 晶过程 发展 缓 慢 ， 仅 在应 变 累积 到 一 定程 度 后 部分 地 发 生铁 素体 动 态 再 结晶 而 提 高 变 形 组 织 中珠 光 体 的含量 ， 出现 动 态 再 结 晶 晶粒 所 需 的应 变 量 明显 减 小 ， 最终变 形 组 织 中 的再 结 晶体 积 分 数 也 明显 提 高 图 总 结 了两种 低 碳钢 在 ℃ 、 不 同应 变速 率 条 件 下 变 形 至 应 变 为 时 的变 形 组 织 中铁

Vol.27 No.2 李龙飞等：珠光体对铁素体动态再结晶的影响 ·181· 图5三种材料在700℃，0.001s'条件下变形至不同应变量时的变形组织.应变为：a)0.16:(b)036:(c)0.69:(@)1.61.1一纯铁： 2-LCA;3-LCB Fig.5 Microstructures of the three materials deformed to various strains at 700C and 0.001s':(a)0.16:(b)0.36:(c)0.69:(d)1.61. 1-pure iron:2-LCA;3-LCB 素体动态再结晶的体积分数，结合流变曲线（图2 续动态再结晶现象，而且纯度较高的纯铁中发生 (b),(c)可以看出，在较高应变速率条件下，虽然 铁素体动态再结晶的范围更宽，本实验所用纯铁 两者的流变曲线为动态回复型，但变形至1.61时 中碳的质量分数为0.0014%，与其所用的纯度较 均不同程度的发生了铁素体动态再结晶过程，而 高的纯铁的含碳量相当，然而却仅在700℃，0.001 且提高珠光体含量导致相同条件下变形组织中 s条件下变形至大应变量的条件下，即应变积累 铁素体动态再结晶体积分数的增加， 到一定程度后，部分地发生连续动态再结晶过 Sellars等人在关于纯铁中铁素体动态再结 程.出现如此明显区别的原因可能在于两种实验 晶发生规律的研究中发现，在一定变形工艺条件 所用变形方式不同：前者的变形方式为热扭转变 下所用两种纯铁（碳的质量分数分别为0.0010%~ 形，可变形至较大应变量（ε>5）：而本实验中为单 0.0020%和0.0045%，)中均能发生铁素体的不连 轴压缩实验，最大应变量要小的多，也可能与本

匕】 李 龙 飞 等 珠 光体 对 铁 素体 动 态 再 结 晶 的 影 响 图 三种材料 在 ℃ ， 「，条件下 变形 至 不 同 应 变且 时 的变形 组织 应 变为 时 伪 一纯 铁 一 一 呱 比 代 ℃ · 一 ， · · · · · 一 功 一 一 素 体 动 态 再 结 晶 的体 积 分 数 ， 结 合 流 变 曲线 图 ， 可 以看 出 ， 在 较 高应 变 速 率 条 件 下 ， 虽 然 两 者 的流 变 曲线 为动 态 回复 型 ， 但 变 形至 时 均 不 同程度 的发 生 了铁 素 体 动 态 再 结 晶过程 ， 而 且 提 高 珠 光 体 含 量 导 致 相 同条 件 下 变 形 组 织 中 铁 素体动 态 再 结 晶体积 分 数 的增 加 等 人 「习 在 关 于 纯 铁 中铁 素 体 动 态 再 结 晶发 生规 律 的研 究 中发现 ， 在 一 定变 形 工 艺条 件 下所用 两 种纯铁 碳 的质 量 分数 分别 为 一 和 ， 中均 能 发 生铁 素 体 的不 连 续 动 态 再 结 晶现 象 ， 而 且 纯度 较 高 的纯 铁 中发 生 铁 素 体 动 态 再 结 晶 的范 围更 宽 本 实验 所用 纯铁 中碳 的质 量 分 数 为 ， 与 其 所 用 的纯度 较 高 的纯 铁 的含 碳 量 相 当 ， 然 而 却 仅 在 ℃ ， 一 ’条件 下变 形 至 大应 变 量 的条 件下 ， 即应变 积 累 到 一 定程 度 后 ， 部 分 地 发 生 连 续 动 态 再 结 晶过 程 出现 如 此 明显 区别 的原 因可 能在 于 两种 实验 所 用 变 形 方 式不 同 前者 的变形 方 式 为热扭 转变 形 ， 可变 形 至 较 大 应 变量 而 本实验 中为单 轴 压 缩 实验 ， 最 大应 变 量 要 小 的多 也 可 能 与本

◆182 北京科技大学学报 2005年第2期 100 分，当应变达到1.61时动态再结晶基本完成 700'℃ -LCA (2)形变组织中的珠光体含量增加对热变形 75 一g一LCB 时铁素体动态再结晶过程具有促进作用，不但加 快在某一应变速率条件下变形时铁素体的动态 再结晶过程，并且扩大了低碳钢在700℃变形时 能够发生铁素体动态再结晶的应变速率范围. 参考文献 10￥ 10-9 102 10 10 /S- [1]Sakai T,Jonas J J.Dynamic recrystallization:Mechanical and microstructural considerations.Acta Metall,1984,32(2):189 图6两种低碳钢在700℃，不同应变速率下变形至应变量为 [2]李龙飞，杨王明，孙祖庆，低碳钢在Acl点以下温度变形 1.61时的铁素体动态再结晶的体积分数(Xs) 时的铁素体动态再结晶.金属学报，2003,394)：419 Fig.6 Volume fraction of dynamic recrystallization of ferrite in [3杨王玥，王红梅，李龙飞，等，不同形态第二组织低碳钢的 the two low carbon steels deformed to strain of 1.61 at 700 C at 铁素体动态再结晶.金属学报，2003,39(7)小691 different strain rates [4)]李龙飞，杨王玥，孙祖庆.原始晶粒尺寸对低碳钢中铁素 实验所用纯铁中其他杂质（如Mn,Si,P,S)含量较 体动态再结晶的影响，金属学报，2004；40(2141 [5】周荣峰，杨王玥，孙祖庆，等.不同形变速度条件下低碳 高有关，但同样是利用单轴压缩实验，合金元素 钢过冷奥氏体形变过程铁素体超细化.北京科技大学学 含量更高的两种低碳钢中却能够较明显地发生 报，2004,265)：513 铁素体的动态再结晶过程，进一步论证了变形组 [6]Glover G,SellarsCM.Recovery and recrystalliztion during high 织中珠光体的存在对铁素体动态软化机制的影 temperature deformation of a-iron.Metall Trans,1973,4(5): 765 响作用.在（叶a)两相区变形低碳钢1和双相不锈 [7]Gohda S,Watanabe K,Hashimoto Y.Effects of the intercritical 钢中，奥氏体作为硬相起到了促进铁素体动 rolling on structure and properties of low carbon steel.Trans 态再结晶的作用.这些实验结果同样印证了上面 1S1J.1981,21(1y6 的观点 [8]Wang R Z,Lei T C.Dynamic recrystallization of ferrite in a low carbon steel during hot deformation in(F+A)two-phase range. 3结论 Seripta Metall Mater,1994,31(9):1193 [9]Tsuzaki K,Huang X,Maki T.Mechanism of dynamic continuous (1)纯铁仅在700℃，0.001s条件下变形时部 recrystallization during superplastic deformation in a microdu- 分发生铁素体动态再结晶.在此条件下，珠光体 plex stainless steel.Acta Mater,1996,44(11):4491 的体积分数为7.3%的低碳钢中铁素体动态再结 [10]Balancin O,Hoffmann WA M,Jonas JJ.Influence of micro- 晶过程明显加快：而珠光体的体积分数为182% structure on theflow behavior of duplex stainless steels at high temperatures.Metall Mater Trans A,2000,31(5):1353 的低碳钢中铁素体动态再结晶过程进行得最充 Pearlite effect on dynamic recrystallization of ferrite in low carbon steels LI Longfei,YANG Wangyue,SUN Zuqing 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)The State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Hot deformation behaviors of pure iron and two kinds of low carbon steels with different pearlite contents were investigated by hot uniaxial compression using a Gleeble 1500 hot simulation testing machine at a de- formation temperature of 700'C and strain rates of 10 to 0.001 s.The results indicate that pearlite has an important effect on the behavior of dynamic recrystallization of ferrite,that is,the increase of pearlite content promotes the dynamic recrystallization process of ferrite and broadens the range of strain rate in which this process can occur. KEY WORDS ferrite;dynamic recrystallization;pearlite;pure iron;low carbon steel

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 ℃ 分 ， 当应 变 达 到 时动 态 再 结 晶基 本 完成 形 变 组 织 中 的珠光 体含 量 增加 对 热 变 形 时铁 素 体 动 态 再 结 晶过程 具有 促 进 作 用 ， 不但 加 快 在 某 一 应 变 速 率 条 件 下 变 形 时 铁 素 体 的动 态 再 结 晶过 程 ， 并且 扩 大 了低 碳 钢 在 ℃ 变 形 时 能够 发 生 铁 素 体 动 态 再 结 晶 的应 变速 率 范 围 、︼﹃ 攀、浦二 ‘ 一‘ ‘ ‘ “ 山目 山曰‘ 曰 一 一 一 一 图 ‘ 两 种低碳钢 在 ℃ 、 不 同 应 变速 率下 变形 至应 变量 为 ‘ 时的 铁 素体 动 态再结 晶 的体积 分 数 叮 七 一 月陇 ， 实验 所 用 纯 铁 中其 他 杂 质 如 ， ， 含 量 较 高有 关 但 同样 是 利 用 单 轴 压 缩 实 验 ， 合 金 元 素 含 量 更 高 的两 种 低 碳 钢 中却 能够 较 明显 地 发 生 铁 素 体 的动 态 再 结 晶过 程 ， 进 一 步论证 了变 形 组 织 中珠 光 体 的存 在 对 铁 素 体 动 态 软 化 机 制 的影 响作 用 在 对叹 两相 区变 形低 碳钢 ‘，和双 相 不 锈 钢 ， 中 ， 奥 氏体 作 为硬 相起 到 了促 进 铁 素 体 动 态 再 结 晶 的作 用 这 些 实验 结 果 同样 印证 了上 面 的观 点 结 论 纯 铁 仅 在 ℃ ， 一 ’ 条件 下 变 形 时 部 分 发 生 铁 素 体 动 态 再 结 晶 在 此 条件 下 ， 珠 光 体 的体 积 分 数 为 的低 碳 钢 中铁 素 体 动 态 再 结 晶过 程 明显 加 快 而 珠 光 体 的体积 分数 为 的低 碳 钢 中铁 素 体 动 态 再 结 晶过 程 进 行 得 最 充 参 考 文 献 ， 即旧 ， ， 李 龙 飞 ， 杨 王 明 ， 孙祖 庆 低碳钢 在 点 以下 温度 变 形 时 的 铁 素体动态 再 结 晶 金属 学报 ， 加 ， 杨 王 用 ， 王 红梅 ， 李龙 飞 ， 等 不 同形 态 第二 组织低 碳 钢 的 铁 素 体 动 态 再 结 晶 金属 学 报 ， ， 李 龙 飞 ， 杨 王 明 ， 孙 祖庆 原始 晶粒尺 寸对 低碳钢 中铁 素 体动 态 再 结 晶 的影 响 金 属 学报 ， 卜 周 荣 峰 ， 杨王 明 ， 孙 祖 庆 ， 等 不 同 形变速 度 条件 下 低碳 钢 过 冷 奥 氏体形 变 过程 铁素体超细化 北 京科 技大 学 学 报 ， ， ， 阴 试 一 ， ， ， 认厄。 口 ， 如 竹 ， ， 【 面 ， 』叹 斗 一 姗 阮 ， ， 孔 ， ， 耐 力 沉 七 ， ， ， 五 ， 竹 ， ， 即 沦 ，气 肠 ” 夕 ，气 〔刀 褚 ， ， 介 ， ， 盯 ， 盯 ， ， 而 ℃ 一 ， 而 勿 说 州 ， ， 币