D0I:10.13374/j.issn1001053x.1993.03.022 第15卷第3期 北京科技大学学报 Vol.15 No.3 1993年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1993 铝合金动态再结晶模型 林均品·安希山庸*·雷廷权· 摘要：本文提出了一个材料性质参数Km,用该参数可把铝合金分为两类：在Km<0.】的铝 合金中只能发牛连续动态再结品，并且不能进i行完全：在Kma,>01的铝合金中只能发生不连 续动态再结品，本文还讨论了热形变铅合金亚组织的特点。 关键词：铝合金，动态再结品、热形变 A Dynamic Recrystallization Model of Al-alloys Lin Junpin'An Xiyong·Lei Tingquan'、 ABSTRACT:A parameter Kax indicating the nature of the materials has been suggested by present work with which the Al-alloys can be classified into two categories:in alloys with Km0.I only continuous dynamic recrystallization can occur and it cannot proceed completely:in alloys with K>0.I occurs only dynamic recrystallization.The characteris. tics of the dynamic recrystallization of Al-alloys has been discussed. KEY WORDS:Al-alloy.dynamic recrystallization.hot deformation 长期以来，国内外学者认为、铝及铝介金层错能较高，位错容易交滑移，因此热形变 过程中的动态复原机制为动态问复。近年米，…些学者的研究表明、A】-Mg系，A】一Zn 系和A-C一Mg系等在：热形变过程中也可发生动态再结品，并对动态再结晶机制作了初 步的探讨~s)。由于影响铅合金热形变动态复原过程的因索很多、因此获得的数据、结 果很分散、有些甚全矛盾，还没有形成合金动态再结品的统一理论。本文的日的，是在 人量试验结果的基础上建立铝合金动态再结品模型， 1试验材料及方法 本「作选取典型的沉淀硬化型LY12铝介金和自制A1-6Mg合金。分别采用热拉 1992-09-08收稿第·作.若：月.29岁，博1.，现为牌： ·北宋f秆技人学(University of Science and Technology Beijing) ··哈尔滨工业人学(tl:arbin Institute of Technology)
第 巧 卷第 3 期 北 京 科 技 大 学 学 报 一” 3年 6 月 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f s c i e n c e a n d T e e h n o l o g y B e ij i n g V o l . I S N o . 3 J U . Ie 1 9 9 3 铝 合金动态再结晶模型 林 均 品 ’ 安 希 L墉 “ 雷 廷权 * ` 摘要 : 本文 提 出 了一 个材料性质 参数 戈 J 、 , 用 该 参数可 把铝 合金 分 为两 类: 在 mK 。 成 0 . 1 的铝 合金 中只 能 发 产 t 连续 动 态 再结 晶 , 片 且小 能进行 完 全 ; 在 K ma 、 > 0 1 的 铝 合 金中只 能发 生 不 连 续 动 态 再结 晶 〔 本 文还 讨论 r 热形变 铝 合金 亚组织的特点 。 关键词 : 铝合 金 , 动 态再结 晶 、 热形 变 A D y n a m i e R e e r y s t a Il i z a t i o n M o d e l o f A I一a l l o y s L i月 J “ n 尸i n ’ A n X 办 · ` ,月 g L e i T i月 g 叮“ a n A B S T R A C T : A P a r a m e t e r mK 。 、 i n d , c a t i n g t h e n a t u r e o f th e m a t e r i a l s h a s b e e n s u g g e s t e d b y P r e s e 一I t w o r k w i t h w h i e h t h e A I一a ll o y s e a n b e c l a s s iif e d i n t o t w o c a t e g o r i e s : i n a ll o y s w i t h mK `、丈 0 . 1 o n ly e o n t i n u o u s d y n a m i e r e e r y s t a lli z a t i o n e a n o e e u r a n d it e a n n o t p r o c e e d e o m P l e t e ly ; i n a l l o y s w it h K m : ,、 > 0 . 1 o e e u r s o n l y d y n a m i e r e e r y s t a lli z a t i o n . T h e e h a r a e t e ir s - t i c s o f t h e d y n a m i e r e e r y s t a l li z a t i o n o f A I一 a ll o y s h a s b e e n d i s c u s s e d . K E Y w 0 R D S : A I一 a l l o y , d y n a m i e r e e r y s t a ll lz a t i o n , h o t d e fo r m a t i o n 长期 以 来 , 国 内外学 者 认 为 , 铝 及 铝 合金 层错 能 较 高 , 位错 容 易交 滑 移 , 因 此热形 变 过 程 中的动 态 复 原机 制 为动态 回 复 。 近 年来 , 一 此学 者 的研 究 表明 , lA 一 M g 系 、 lA 一 z n 系 和 A 卜C u 一 M g 系等 在 热 形 变 过 程 中也 可 发 ’ :.l 动 态 再结晶 , 并对动 态 再结 晶机 制作 了初 步的 探 讨 〔 ’ 一 , , 。 由 f 影 响铝 合 金 热 形 变 动态 复 原过 程的 因 素很 多 , 因此 获得 的数据 、 结 果很分 散 , 有此 甚 至 矛后 , 还 没 有形 成铝 合 金动 态再 结 品的统 一 理论 。 本文 的 目的 , 是 在 大 量试验结 果的 基 础 卜建 认铝 合金动 态再结 晶模 烈 。 1 试验材料及方法 本 f 作 选 取 典 划 的 沉 淀 硬 化 烈 L Y 12 铝 合 金 和 自制 A I一 6 M g 合 金 。 分 别 采 用 热 拉 19 9 2 一 0 9一 0 8 收 稿 第 一 作 行 : 男 . 2 9 岁 , 博 I _ , 现 为博 l _ 喻 , J七J “ 科技 人 `’子 : ( U n . v e r s , t , o , S e . e n c e a n d T e` h n o l o g y B e ij , n g ) 哈 尔滨 1 一 业 人 ` 、 沂 ( I l a r b l n I n 、 : i t u t e `, f T e e h n o l o g y ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 03. 022
Vol.15 No.3 林均品等：铝合金动态再结晶模型 ·263· 伸、热压缩和热扭转3种形变方式。形变温度范围为300~520℃，形变速率范围为： 热拉伸：0.0008-0.0833s1 热压缩：0.001-0.5s1 热扭转：0.006-1.825s1 热拉伸试验在DSS-I0T-S型电子拉伸机上进行，热压缩试验在GPL-1500热模拟 机上进行，热扭转在东北重型机械学院自制扭转试验机上进行，形变后立即水冷。 采用CM12透射电子显微镜分析热形变亚组织。 2试验结果及分析 2.1Kmax参数的提出 大量的试验观察发现，两种材料在 热形变过程中都可发生动态再结晶，但 规律不同，LY12铝合金热形变过程中 6 发生了亚晶范围的连续动态再结晶，不 论形变参数如何变化，都不能发生完全 动态再结晶。而A-6Mg合金热形变过 程中发生不连续动态再结晶，在一定条 件下可以进行完全。为了清晰地表达铝 合金本身的这种差别，本文提出Kmx概 念。K参数的数学表达式为 K=△o/oP (1) 图1真应力一真应变曲线 式中△。表示峰值应力。与稳态流变 Fig.1 True stress-true strain curve 应力σ$之差，见图1所示。显然，对于动态回复型曲线K=0、而对于动态再结晶曲线 K>0。形变参数对K参数的影响曲线见图2。从图2可以看出，LY12铝合金的K参数 比较小，一般小于0.1。而对于A1-6Mg合金，K参数较大（见图2b和图2c)。由于形变 温度和形变速率对K参数影响较大，取K参数的最大值K、,就消除了Z参数 (Z=exp(Q/RT)的影响。试验结果表明，形变方式对K参数也有影响。热拉伸的 Kmax最大，其次是热扭转、热压缩最小，这个结果与应力强度软度系数n值相对应(6， 低？值的热拉伸导致了高的形变储存能，使动态再结晶更容易发生，故真应力一真应变曲 线上应力下降的幅度比较大，取热拉伸的Km作为表达铝合金动态再结晶规律的特征参 量。 Km参数的物理意义是与铝合金本身性质有关的热形变过程中软化系数的最大值， 它综合反映了铝合金位错交滑移和位错运动的能力；是辩别铝合金能否发生完全动态再结 晶的判据。Km参数较小的材料，位错运动和位错的交滑移能力不仅与层错能有关，而 且还取决于合金元素与位错交互作用力的大小，材料是否发生应变诱发析出和夹杂相的尺 寸、分布等。Kmx小于某一临界值的铝合金不能够发生完全动态再结晶、Kx大于这一 值的铝合金能够发生完全动态再结晶，试验测得、这个临界值为Q1。铝合金的Km参数 可通过热拉伸的一系列真逆力一真应变曲线获得
V o l , 1 5 N o . 3 林均 品 等 : 铝合金 动态再结晶模型 2 6 3 伸 、 热 压缩 和热扭 转 3 种 形变方 式 。 形 变温 度范 围为 30 一 5 20 ℃ , 形 变速 率范 围为: 热拉伸 : 0 . 0 0 0 5一 0 0 5 3 3 5 一 ` 热 压缩 : 0 . 0 0 1一 0 . 5 一 ’ 热 扭转 : 0 . 0 06 一 1 . 8 25 5一 ’ 热拉 伸 试验 在 D S S 一 10 T 一 S 型 电子 拉 伸 机上 进行 , 热 压 缩试 验在 G P L 一 15 0 热 模拟 机上进 行 , 热扭 转在 东北 重型 机械学院 自制 扭转 试验 机上 进行 , 形 变 后立 即水 冷 。 采 用 C M 12 透射电 子显微镜分析 热形 变 亚组织 。 2 试验结果及分析 洲 叽氏 b 2 . 1 弋 a 、 参数的提 出 大 量 的试验 观察 发现 , 两 种 材 料 在 热形 变过 程 中都 可 发生 动 态再 结 晶 , 但 规 律 不 同 。 L Y 12 铝 合 金 热 形 变 过 程 中 发生 了亚 晶范围 的 连续 动 态再 结 晶 , 不 论形 变 参数 如 何 变 化 , 都 不 能 发 生完 全 动 态再结 晶 。 而 lA 一 6M g 合 金 热 形 变过 程 中 发生 不连 续 动 态再 结 晶 , 在一 定 条 件下 可 以 进 行完 全 。 为 了清 晰 地 表达铝 合金本 身 的这种差别 , 本 文提 出 mK a 、 概 念 。 K 参 数的 数学表 达式为 K 一 △。 / a P (l) 式 中 △a 表 示 峰 值应 力 6 P 与 稳 态 流 变 乙 p ￡ s C 图 1 真应力一真应变 曲线 F i g . l T r u e s tr e 站一 tr u e s tr a in e u vr e 应 力 a : 之 差 , 见 图 l 所 示 。 显 然 , 对于 动 态 回 复 型 曲线 K 二 O , 而 对于 动 态再结晶 曲线 K > O 。 形变参 数对 K 参数 的影 响 曲 线见 图 2 。 从 图 a2 可 以 看 出 , L Y 12 铝合金 的 K 参数 比较小 , 一般小于 0 . 1 。 而 对于 lA 一 6M g 合金 , K 参 数较 大 ( 见 图 2b 和 图 2c ) 。 由于形 变 温 度 和 形 变 速 率 对 K 参 数 影 响 较大 , 取 K 参 数 的最 大 值 凡。 , 就 消 除 了 z 参 数 (z = 沈 xP (Q / R )T 的 影 响 。 试 验 结 果 表 明 , 形 变 方式 对 K 参 数 也有 影 响 。 热 拉 伸 的 mK a 、 最大 , 其次是 热 扭转 , 热压缩 最 小 , 这 个 结果与 应力 强 度 软度 系数 。 值相对 应 〔 6〕 , 低 叮 值 的热拉 伸导 致 了 高 的形变 储存能 , 使 动态再 结晶更容 易发生 , 故真应力 一真 应 变曲 线 上应 力 一 「降 的幅 度 比 较 大 。 取热拉伸 的 mK 。 、 作 为表达 铝 合金 动 态再结晶 规律 的特征参 旦廷 。 瓜 a 、 参 数 的物理 意义是 与铝 合 金 本身 性 质有关 的热形 变过 程 中软 化 系 数 的最大 值 , 它综合 反 映了铝 合金位 错交 滑移和位错运 动 的能力 ; 是辩别 铝合 金能 否发 生完 全 动态再结 晶的 判据 。 mK 。 、 参 数较 小 的材料 , 位错运动 和 位错 的交 滑移 能 力 不仅与层 错能 有关 , 而 且还 取 决于 合金元素 与位错交互作 用力 的大 小 , 材料是 否发 生应 变诱发 析出 和夹 杂相 的尺 寸 、 分布 等 。 mK a 、 小 于 某一 临 界 值的铝 合金 不 能够 发 生完 全动 态再结 晶 , mK a 、 大 于这 一 值的铝 合 金能够发生完 全动 态再结晶 , 试验测 得 , 这 个 临界值为 0 . 1 。 铝合金的 mK a 、 参 数 可通 过 热拉 伸 的一 系列 真应力一真应变曲线 获得
·264· 北京科技大学学报 1993年No.3 0.10a 0.206 008335 0.0833s· 40.05 0- 0.15 -0.0083s 0.10 0巴 00833s 300 400 500 T.C 100833s-1 0.059 0 1 0.150001s 00 350 400 450 500 TIC 0.10 图2形变参数对LY-12铝合金（以.A-6Mg合 002s 金热拉伸(b)和热热压缩(c)K参数的影响 Fig.2 Effect of deformation parameters on K 0.05 parameters of 2024 alloy (a)and Al-6 Mg alloy de 0.5s formed by tension (b)and by compression (c) 350 400 450 500 TI℃ 2.2铝合金动态再结晶分类 由Ka参数的范周不问可把}合金分为两类。 (1)当Km<01时： 这类铝合金的位错易运动和交滑移，在形变过程中很快形成稳定的亚组织，从而只发 生亚晶范围内的连续动态再结晶(”。动态回复占上导地位、而动态再结品难以进行完 全。这类铝合金的真应力-真应变曲线下降得比较半缓。随着形变温度和形变速率的上 升、动态再结品被促进，n乙与「'尤直线关系。上要的动态再结品形核方式有5种：作 高密度位错缠结中心区域形核：亚品粒的长人形核；亚品粒的合并形核；亚晶粒的转动形 核；亚晶界的迁移形核。纯AI、A-Cu合金、Al-Cu-Mg合金和A-Cu-Mg-Si合金等 属于此种类型。 (2)Kma>0.1 这类铝合金中合金心素的加入降低了位错运动和位错交滑移能力，有利于不连续动态
· 2 6 4 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 3 年 N o . 3 0 . 10 州 0 . 0 5 a _ 厂锰衬 争 - 3伪 4 叨 5的 T 趁 ! 3 3 5 ’ \ 竺 / 幼 又_ 0 08 3 3 厂一勺尸 加 ó、曰 O 一 ù 、 ù 4 姗 ℃ T/ 门ó , 气曰 ǎ日 0Q ,J 戈 尸洲尸 图 2 形 变参 数对 L Y 一 12 铝合金 ( a) 、 IA 一 6 M g 合 金热拉伸 ( b )和热热压缩c( )K 今数的影 响 F ig . 2 E fl er ( t o f d e fo r m a t i o n p a r a m e t e sr o n K Pa r a m e t e sr o f 2 0 24 a l l o y ( a ) a n d A I一 6 M g a l l o y d e - fo mr ed b y t e isn o n ( b ) a n d b y e o m p r es i o n ( e ) 35 0 4 0 0 4 5 0 T/ ℃ 50 0 .2 2 铝合金 动态再结 晶分类 由 nK l a 、 参数 的范 围 不 同可 把 铝合 金分 为 两 类 。 ( 1 ) ` 当天m 通、 《 0 . 1 时 : 这 类铝合 金的 位错 易运 动和 交滑 移 , 在 形 变过程 中 很快形 成稳 定的 亚组织 , 从 而 只发 生 亚 晶范 围 内 的连 续 动 态 再 结 晶 〔 7 〕 。 动 态 回 复 占 卜导地 位 , 而 动态 再 结晶 难 以 进 行完 全 。 这 类铝 合 金的 真 应 力一 真 应 变 曲线 卜降 得 比较 平缓 。 随 着 形 变温 度 和 形 变速 率 的 卜 升 , 动 态 再结 晶被 促进 , nI z 与`厂 无 改线 关 系 。 卜要的 动态 再结 晶形 核 方式有 5 种 : 在 高密 度位错缠结 中心 区域 形核 ; 亚 晶粒 的 长大 形核 ; 亚 晶粒 的合 并形核 ; 亚 晶 粒的转 动形 核 ; 亚 晶界 的迁 移形 核 。 纯 IA 、 lA 一 C u 合金 、 lA 一 C u 一 M g 合金和 lA 一 C u 一 M g一 5 1 合金 等 属 J 几此种 类 咧 。 (2 ) 戈 a 、 > O · l 这 类 铝合 金 中合金 元 素的加 人降低 了位 错 运动 和 位 错 交滑 移能 力 , 有利 于 不 连续动态
Vol.15 No.3 林均品等：铝合金动态再结晶模型 ·265· 再结晶的发生。在一定的条件下，真应力一真应变曲线下降得很明显，合金可以发生完全 动态再结晶。在一定的Z参数范围内发生动态再结晶，而Z参数太大或太小时只发生动 态回复。在发生动态再结晶的Z参数范围内lnZ与d「呈直线关系。在较高的Z参数 下，动态再结晶的形核部位主要是晶内形变带；在较低的Z参数下，动态再结晶主要在 大角晶界处形核8)。A1-Mg合金和A1-Zn合金等属于此种类型。 2.3热形变铝合金亚组织特点 2μm 2,5um m 图3A-6Mg合金拉伸至应变为0.4时形成的动态再结晶组织 (a)400℃，0.08833s1(b)、(c)400℃，0.0083s1 Fig.3 Dynamically recrystallized structures of Al-6Mg alloy deformed by tension to a strain of 0.4 试验发现，铝合金热形变过程中发生动态再结晶的同时，也进行着动态回复过程。图 3为不同形变条件下形成的动态再结晶组织。可以看出，在较高形变速率下形成的动态再 结晶组织中，动态回复所占的比例很小（见图3）；较低形变速率下形成的动态再结晶组 织中含有大量的动态回复组织（见图3b)。已形成的动态再结晶区域内正进行着位错的多 边化过程。图3c中箭头所指的区域内位错已完成多边化过程。这表明，动态回复过程进 行得很快，动态再结晶晶界区域内形成的动态回复组织会阻碍大角晶界的移动。铝合金的 这种特性在低层错能材料中是不存在的。 3结论 (1)Kmax参数为综合反映位错运动和位错交滑移动的物理参量；是铝合金热形变过 程中软化系数的最大值；是辩别铝合金能否发生完全动态再结品的判据。 (2)由Kmx参数可把铝合金分为两大类：在Kmx<0.】的铝合金中只能发生连续动 态再结晶，并且不能够进行完全；在Kmx>01的铝合金中只发生不连续动态再结晶。 (3)铝合金在热形变过程中，动态回复和动态再结晶是两个同时进行而又相互竞争的
· 2 6 4 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 3年 N o . 3 0 . 10 州 0 . 0 5 a _ 厂锰衬 争 - 3伪 4叨 5的 T 趁 ! 3 3 5 ’ \ 竺 / 幼 又_ 0 08 3 3 厂一勺尸 加 ó、曰 O 一 ù 、 ù 4 姗 ℃ T/ 门ó , 气曰 ǎ日 0Q ,J 戈 尸洲尸 图 2 形 变参 数对 L Y 一 12 铝合金 ( a) 、 IA 一 6 M g 合 金热拉伸 ( b )和热热压缩c( )K 今数的影 响 F ig . 2 E fl er ( t o f d e fo r m a t i o n p a r a m e t e sr o n K Pa r a m e t e sr o f 2 0 24 a l l o y ( a ) a n d A I一 6 M g a l l o y d e - fo mr ed b y t e isn o n ( b ) a n d b y e o m p r es i o n ( e ) 35 0 4 0 0 4 5 0 T/ ℃ 50 0 .2 2 铝合金 动态再结 晶分类 由 nK l a 、 参数 的范 围 不 同可 把 铝合 金分 为 两 类 。 ( 1 ) ` 当天m 通、 《 0 . 1 时 : 这 类铝合 金的 位错 易运 动和 交滑 移 , 在 形 变过程 中 很快形 成稳 定的 亚组织 , 从 而 只发 生 亚 晶范 围 内 的连 续 动 态 再 结 晶 〔 7 〕 。 动 态 回 复 占 卜导地 位 , 而 动态 再 结晶 难 以 进 行完 全 。 这 类铝 合 金的 真 应 力一 真 应 变 曲线 卜降 得 比较 平缓 。 随 着 形 变温 度 和 形 变速 率 的 卜 升 , 动 态 再结 晶被 促进 , nI z 与`厂 无 改线 关 系 。 卜要的 动态 再结 晶形 核 方式有 5 种 : 在 高密 度位错缠结 中心 区域 形核 ; 亚 晶粒 的 长大 形核 ; 亚 晶粒 的合 并形核 ; 亚 晶 粒的转 动形 核 ; 亚 晶界 的迁 移形 核 。 纯 IA 、 lA 一 C u 合金 、 lA 一 C u 一 M g 合金和 lA 一 C u 一 M g一 5 1 合金 等 属 J 几此种 类 咧 。 (2 ) 戈 a 、 > O · l 这 类 铝合 金 中合金 元 素的加 人降低 了位 错 运动 和 位 错 交滑 移能 力 , 有利 于 不 连续动态
·266 北京科技大学学报 1993年No.3 过程。由此造成了铝合金热变复原过程的复杂性. 移考文献 1 Sheppard T,Tutcher M G.Flower H M.Met Sci.1979,13:473 2 Zaid M A,Sheppard T.Met Sci.1982,16:229 3 Sheppard T.Tutcher M G.Met Sci,1980.14:579 4 Sheppard T,Tutcher M G.Met Technol,1981,3:319 5 McQueen H J,Evangelista E,Bowles J.Grawford G.Met Sci.1984.18:395 6 Lin J P,An X Y,Lei T Q.In:Proceedings of the 2th International Conference on Aluminium Alloys-Their Physical and Mechamical Properties,Beijing,China.1990: 366 7 An X Y,Lin J P.Lei T Q.Mater Chem Phys,1987,18:255 8 An X Y,Lin J P.Lin Y,Lei T Q.Mater Chem Phys,1988.20:275
· 6 6 2 · N 3 3 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 o 9 9 过 程 。 由此造 成 厂铝 合金热 变复 原过 程 的复杂 性 。 参 考 文 献 S 1 h e P P r a d T , T u t e h e r M G , F l o w e r H M . M e t s e i , 19 7 9 , 13 : 4 7 3 2 Z a i d M A , S h e P P a r d T . M e t s c i , 19 8 2 , 1 6 : 2 2 9 3 S h e P P a r d T , T u t e h e r M G . M e t s e i , 19 8 0 , 14 : 5 7 9 4 S h e P P a r d T , T u t e h e r M G . M e t T e e h n o l , 19 8 1 , 3 : 3 19 5 M c Q u e e n H J , E v a n g e li s t a E , B o w l e s J , G r a w of r d G . M e t s c i , 19 8 4 , 18 : 39 5 6 L i n J P , A n X Y , L e i T Q . I n : P r o e e e d i n g s o f t h e 2 t h I n t e r n a t i o n a 1 C o n fe r e n c e o n A l u m i n i u m A ll o y s 一T h e i r P h y s i c a l a n d M e c h a m i e a l P r o P e r t i e s , B e ij i n g , C h i n a , 19 9 0 : 3 6 6 7 A n X Y , L i n J P , L e i T Q . M a t e r C h e m P h y s , 19 8 7 , 18 : 2 5 5 8 A n X Y , L i n J P , L i n Y , L e i T Q . M a t e r C h e m P h y s , 1 9 8 8 , 2 0 : 2 7 5