金屬的熱變形是指發(fā)生在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形。金屬發(fā)生塑性變形后，吸收了部分變形功，內(nèi)能增高，結(jié)構(gòu)缺陷增多，處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)條件滿足時(shí)，就有自發(fā)恢復(fù)到原始低內(nèi)能狀態(tài)的趨勢(shì)。當(dāng)溫度升高到一定程度，原子獲得足夠擴(kuò)散能力時(shí)，就將發(fā)生組織、結(jié)構(gòu)以及性能的變化。隨著溫度升高，金屬內(nèi)部依次發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶過(guò)程。熱塑性變形時(shí)，回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化同時(shí)發(fā)生，加工硬化不斷被回復(fù)、再結(jié)晶消除，使金屬材料始終保持高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。因此，回復(fù)和再結(jié)晶是金屬熱變形過(guò)程中的軟化機(jī)制。一般認(rèn)為在應(yīng)力作用下的回復(fù)、再結(jié)晶稱為動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，這樣在熱變形過(guò)程中主要發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

動(dòng)態(tài)回復(fù)主要通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)容易、易發(fā)生攀移、交滑移的金屬內(nèi)部，異號(hào)位錯(cuò)比較容易相互抵消，導(dǎo)致位錯(cuò)密度下降，金屬內(nèi)部的畸變能降低，就不足以達(dá)到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的能量。因此，如鋁、鋅、鎂等層錯(cuò)能高的金屬材料，動(dòng)態(tài)回復(fù)是其熱塑性變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。而對(duì)于如銅、銀、奧氏體鋼等層錯(cuò)能低的金屬材料，在熱塑性變形過(guò)程中無(wú)顯著的動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程。這是因?yàn)閷渝e(cuò)能低，擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度就大，位錯(cuò)集束困難，不易產(chǎn)生位錯(cuò)的交滑移和攀移，這樣隨著變形程度增大，位錯(cuò)密度也增大。當(dāng)內(nèi)部畸變能達(dá)到臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。本文中研究的連桿材料為40Cr，因此在熱鍛過(guò)程中的軟化機(jī)制是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程按照應(yīng)力一應(yīng)變曲線的形態(tài)可分為兩種:單峰型和多峰型。單峰型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)理是從原始晶界處重復(fù)形核和長(zhǎng)大，促使晶粒的細(xì)化。多峰型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的機(jī)理還在研究中，因此本文中只討論單峰型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。

圖2-2為單峰型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶材料的高溫流變應(yīng)力曲線。根據(jù)曲線特征可將該類型材料的變形過(guò)程分為三個(gè)階段:

第一階段:加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)階段，即圖中的AB段。在這一階段，應(yīng)力隨著應(yīng)變上升很快，金屬出現(xiàn)加工硬化。

第二階段:動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始階段，即圖中的BC段。當(dāng)應(yīng)變量達(dá)到臨界值

時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始，其軟化作用隨應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)逐漸增強(qiáng)，使應(yīng)力隨著應(yīng)變?cè)黾拥姆戎饾u降低，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)最大值后，軟化作用超過(guò)加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)而下降。

第三階段:完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段，即圖中的CD段。此時(shí)加工硬化與動(dòng)態(tài)

再結(jié)晶軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。應(yīng)力不隨應(yīng)變的增加而變化，基本保持一恒定值。此時(shí)，完全發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒得到細(xì)化。