40CrNiMo大型锻件组织均匀性的研究(4)

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对加工硬化后的金属，进行较高温度加热，金属破碎和变长的晶粒改组为新的等轴晶粒，使金属的机械性能恢复到原来的状态（指强度、硬度下降，塑性、韧性升高）叫做再结晶[8]。

大型锻件锻造的任务，不仅为了得到一定形状和尺寸的锻件，更重要的是通过锻造破碎钢锭的铸态组织，焊合钢锭内部的疏松、裂纹、气孔等缺陷，改善第二相化合物及非金属夹杂物在刚中的分布，提高其力学性能。

首先，锻造具有细化晶粒的作用，当钢锭达到一定的变形程度时，粗大的树枝状结晶组织被破碎，通过再结晶形成新的等轴晶粒组织，从而提高金属的塑性和强度。其次，锻造有助于形成纤维组织，锻造钢锭时，当树枝晶沿主变形方向变形的同时，晶界上夹杂和化合物的形态随之也要发生改变，其中脆性的硅酸盐、氧化物、碳化物和氮化物等在变形时被破碎，沿着金属主变形方向伸长，呈链状分布；高温下有较好塑性的硫化物等随同金属一起变形，沿主变形方向伸长，呈带状分布。最后，锻造对于改善碳化物及非金属夹杂物等在钢中的分布于锻合内部孔隙。对坯料反复地在多个方向锻造，可将聚集在晶界的碳化物及非金属夹杂物等击碎，使之较均匀地分布在金属基体内；另外，由于高温加热和塑性变形增大了原子的扩散能力，使各处的化学成分趋于均匀，从而可改善金属组织，提高锻件的使用性能。

1.2 影响锻件组织不均匀性的几个主要问题

金属塑性成形过程是一个受多因素影响的复杂过程，材料的性能、模具的形状、毛坯形状、工艺参数、温度等对成形过程都有影响[9]。随着现代工业的发展，对产品的使用性能要求越来越高。作为锻件，对它在锻造过程中的质量控制和检验也采取了严格的措施，这是防止锻件产生缺陷和提高锻件质量所必须的。本文从微观组织分布均匀性和晶粒度细小化两方面来讨论锻件质量的优劣。

1.2.1 晶粒度对锻件组织质量的影响

晶粒度是表示金属材料晶粒大小的程度，它由单位面积内所包含晶粒个数来度量，也可用晶粒平均直径（用mm或者µm）大小来表示。晶粒度级别越高，说明单位面积中包含晶粒个数越多，也就是说晶粒越细[10]。

一般来说晶粒度越均匀越细小，材料的综合性能越好；以粗细相间分布的混合型奥氏体粗晶材料强度略低，但韧塑性指标较高[11]。因为晶粒越细，不同取向的晶粒越多，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大。热加工过程中的组织变化，包括动静态和亚动态再结晶多机制晶粒细化过程，以及加热和冷却过程中晶粒长大的粗化过程[12]。如何控制加热制度、变形热力学参数和冷却制度等获得细匀化的晶粒组织，是大型锻件质量控制的主要目标之一。文献综述

1．加热温度

细晶粒有粗化的趋势，这是由系统能量最低原理决定的。所以随着加热温度的升高，原子（特别是晶界的原子）的移动、扩散能力不断增加，晶粒之间并吞速度加剧，晶粒的这种长大可以在短时间内完成。所以晶粒随温度增加而长大是一种必然现象，但只要加热到某一温度保持不变，则晶粒长大到与改温度平衡的大小尺寸，保温时间再长，晶粒也不会继续长大了。当温度升高后，晶粒又开始长大。

2．机械阻碍物

一般来说，金属的晶粒随着温度的升高不断长大，几乎成正比，但并不全然如此。当加热到某一温度时，晶粒并不是长大到按照该温度所对应的尺寸大小，某些是比较细的晶粒，可以说停止长大了。但当温度再升高，晶粒突然长大。这类材料是、随着加热温度的升高分阶段突然长大，而不是随温度升高成直线关系长大。分析结果发现，只是由于金属材料存在所谓机械阻碍物的缘故。