.130. 工程科学学报，第41卷，第1期 拟挤压过程的微观组织演变过程 长大驱动力较小，因此新形成的晶粒尺寸较小.当 图10是提取得到的上管嘴处92点（见图9）从 应变继续增加到0.63时，新形成的晶粒不断长大， 原始状态到最终变形过程结束的微观组织变化情 而原始品粒尺寸有所减小，如图10(c)示.在挤 况.原始的平均晶粒尺寸为100μm,当应变达到 压成形结束阶段（见图10(d)),整个材料因持续的 0.22时晶粒边界出现细小的晶粒，此为动态再结晶 动态再结晶作用而使晶粒均匀细化，平均晶粒尺寸 形成的新晶粒，如图10(b)所示.由于此时变形量 约为39m.可以看出，挤压过程的动态再结晶对晶 较小，由位错堆叠而产生的位错密度较低而使晶粒 粒细化起到了重要作用. (a (b) 100m 10 e=0.22 100m 100 E-0.63 e=0.98 图10g2点在不同应变6的微观组织演变过程.(a)g=0:(b)￡=0.22：(c)6=0.63:(d)￡=0.98 Fig.10 Microstructure evolution of Point gzat different strains:(a)s=0;(b)s=0.22:(c)s =0.63:(d)s=0.98 在传统的单向挤压工艺中，由于上管嘴优先 小，整体组织也更均匀 于下管嘴成形，材料流动过程存在较大的速度差 4工艺参数对微观组织及挤压力的影响 而造成上下管嘴处的温度差异较大（约200℃）且 由于整体成形时间长而导致最高温度降低，如图 对于热挤压工艺来说，坯料温度、挤压速度和坯 11(a)所示.由于上下管嘴的温差较大而造成的 料与接触部位之间的摩擦系数是影响成形效果的主 上下管嘴的动态再结晶体积分数存在明显差异. 要因素.其中，挤压速度采用（上顶杆速度/挤压筒 同时，上管嘴处的平均晶粒尺寸约为50μm,下管 速度)的方式表示，例如(20/10)mmmin-'.本文 嘴处的平均晶粒尺寸约为70um,因此整个主管道 将从晶粒尺寸和最大承载力的角度分析以上三个因 的品粒尺寸相差较大，这是造成整个管道性能不 素的影响.由以上的分析可知，挤压过程管身的品 均匀的主要诱因.相比之下，双向挤压同时成形工 粒尺寸变化不大，而上下管嘴处会发生明显的晶粒 艺对应的上下管嘴处的温度数值相当，对应的动 细化，因此本节选择上管嘴的92点为代表分析三个 态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸都很相近，最 因素的影响 终上下管嘴处的平均晶粒尺寸约为52um,晶粒度 图12(a)反映的是不同坯料温度的影响规律， 等级可达到ASTM5.5级要求.主管道管身的晶粒 对应的变形速度为(20/10)mm-min-1和摩擦系数 尺寸相近，晶粒大小处于85~92m之间，满足 为0.05.可以看出，五个温度对应的晶粒尺寸都 ASTM4级要求.因此，相比传统单向挤压工艺，采 随着变形量增大而不断减小，坯料温度越高，最终 用同时挤压成形工艺得到管道的下管嘴晶粒更细 品粒尺寸越大，这是由于温度升高会导致品界自工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 拟挤压过程的微观组织演变过程. 图 10 是提取得到的上管嘴处 q2点(见图 9)从 原始状态到最终变形过程结束的微观组织变化情 况. 原始的平均晶粒尺寸为 100 滋m,当应变达到 0郾 22 时晶粒边界出现细小的晶粒,此为动态再结晶 形成的新晶粒,如图 10( b)所示. 由于此时变形量 较小,由位错堆叠而产生的位错密度较低而使晶粒 长大驱动力较小,因此新形成的晶粒尺寸较小. 当 应变继续增加到 0郾 63 时,新形成的晶粒不断长大, 而原始晶粒尺寸有所减小,如图 10( c) 所示. 在挤 压成形结束阶段(见图 10( d)),整个材料因持续的 动态再结晶作用而使晶粒均匀细化,平均晶粒尺寸 约为 39 滋m. 可以看出,挤压过程的动态再结晶对晶 粒细化起到了重要作用. 图 10 q2点在不同应变 着 的微观组织演变过程. (a)着 = 0;(b)着 = 0郾 22;(c)着 = 0郾 63;(d)着 = 0郾 98 Fig. 10 Microstructure evolution of Point q2 at different strains: (a)着 = 0;(b)着 = 0郾 22;(c)着 = 0郾 63;(d)着 = 0郾 98 在传统的单向挤压工艺中,由于上管嘴优先 于下管嘴成形,材料流动过程存在较大的速度差 而造成上下管嘴处的温度差异较大(约 200 益 )且 由于整体成形时间长而导致最高温度降低,如图 11( a)所示. 由于上下管嘴的温差较大而造成的 上下管嘴的动态再结晶体积分数存在明显差异. 同时,上管嘴处的平均晶粒尺寸约为 50 滋m,下管 嘴处的平均晶粒尺寸约为 70 滋m,因此整个主管道 的晶粒尺寸相差较大,这是造成整个管道性能不 均匀的主要诱因. 相比之下,双向挤压同时成形工 艺对应的上下管嘴处的温度数值相当,对应的动 态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸都很相近,最 终上下管嘴处的平均晶粒尺寸约为 52 滋m,晶粒度 等级可达到 ASTM5郾 5 级要求. 主管道管身的晶粒 尺寸相近,晶粒大小处于 85 ~ 92 滋m 之间,满足 ASTM4 级要求. 因此,相比传统单向挤压工艺,采 用同时挤压成形工艺得到管道的下管嘴晶粒更细 小,整体组织也更均匀. 4 工艺参数对微观组织及挤压力的影响 对于热挤压工艺来说,坯料温度、挤压速度和坯 料与接触部位之间的摩擦系数是影响成形效果的主 要因素. 其中,挤压速度采用(上顶杆速度/ 挤压筒 速度)的方式表示,例如(20 / 10) mm·min - 1 . 本文 将从晶粒尺寸和最大承载力的角度分析以上三个因 素的影响. 由以上的分析可知,挤压过程管身的晶 粒尺寸变化不大,而上下管嘴处会发生明显的晶粒 细化,因此本节选择上管嘴的 q2点为代表分析三个 因素的影响. 图 12( a)反映的是不同坯料温度的影响规律, 对应的变形速度为(20 / 10) mm·min - 1和摩擦系数 为 0郾 05. 可以看出,五个温度对应的晶粒尺寸都 随着变形量增大而不断减小,坯料温度越高,最终 晶粒尺寸越大,这是由于温度升高会导致晶界自 ·130·