晶粒细化机制

剧变形晶粒细化机制

众多研究者通过等通道挤压(ECAP)、累积叠轧焊(ARB)、高压扭转(HPT)等变形方式在低温、中温变形区对金属及其合金进行了强塑性变形，同样获得了类似的晶粒微细化效果：Tsuji 等[1]采用反复叠轧焊的加工方法在纯铁中获得了约0.5μm大小的细小晶粒；Valiev等[2]通过等通道挤压强变形在铝合金中获得了尺寸大约在0.2μm左右的超细晶粒；此外，高压扭转强变形加工工艺可在纯铁中获得尺寸约为 0.3μm 的超细晶组织[3]；通过不断改变载荷方向的反复温压缩变形可在 304 奥氏体不锈钢中获得尺寸在 0.3μm 左右的超细晶粒[4]。可见走“低温强变形之路”来制备微米、亚微米级的超细晶粒材料成为一种新的思想。

大量的结果表明，低、中温强变形加工晶粒超细化机制与普通热变形过程中形核、长大的不连续动态再结晶机制不同。Shin 等通过观察低碳钢等通道挤压过程中微观结构演变，提出了等通道挤压强变形过程中的晶粒细化机制[5]；Hansen 等[6]则采用微观带和形变带分割理论解释了滚压强变形过程中的晶粒细化原理；D.A. Hughes 等研究者认为强塑性变形过程中的晶粒细化是位错滑移的结果[7]；Sakai 等[8]则认为强变形过程中的晶粒细化是由于应变诱发大角度晶界密度上升，原始晶粒被分割为亚微米级结构的结果。A.Belyakov 等人[9]对 304 不锈钢在 0.22～0.5Tm（Tm为熔点，绝对温度）的低温区高应变后的组织演化机制进行了研究，他们认为晶粒细化可能与发生于高位错密度亚晶粒的动态回复有关：强烈的塑性变形使原始晶界弯曲成锯齿状，且晶界附近产生大取向差的亚晶粒，随着晶界的迁移发生亚晶粒的倾转，而动态回复又进一步使

应变诱发生成的位错亚晶界转化成通常晶界，然而，随着应变的增加亚晶界取向差是如何增大的还不是很清楚。弄清强塑性变形过程中的晶粒细化机制，不但能够丰富极端条件下的塑性变形理论，而且在实际生产中对形变工艺的制定具有重要的指导意义。因此，深入研究多轴锻造（MF）强变形过程中奥氏体微观结构演化过程，弄清其晶粒细化机制，具有重要的理论价值和实践意义。

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[5] D.H. Shin, B.C. Kim, Y.S. Kim, K.T. Park, Microstructural evolution in a commercial low carbon steel by equal channel angular pressing, Acta. Mater, 2000, 48(9), 2247-2255

[6] X. Huang, N. Hansen, Flow stress and microstructures of fine grained copper,

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[7] D.A. Hughes, N. Hansen, high angle boundaries formed by grain subdivision mechanisms, ActaMater, 1997, 45(9), 3871-3886

[8] Sakai. T, Miura H, Microstructural evolution during dynamic recrystallization in bicrystals and polycrystalline materials, proceedings of the international symposium on hot workability of steels and other materials, Canada, 1996, 161-172

[9] A. Belyakov, H. Miura and T. Sakai, Dynamic recrystallizaiton under warm deformation of a 304 type austenitic stainless steel, Mater. Sci. Eng. A 1998, 255(1-2), 139-147