4.1　热模拟试验参数的确定原则

金属材料热加工（热变形）工艺参数的科学、合理制定，对金属材料热加工产品的质量和性能以及热加工材料产品的高效率、高质量的生产具有重要意义。实际应用形变热处理工艺时，不仅要结合材料的成分与性能要求，确定形变后的热处理工艺参数，更重要的是要根据母相形变后的组织结构及其对相变和相变产物的作用规律，正确确定形变的工艺参数，才能得到所期望的母相组织结构及转变后的组织，达到所需要的性能。

金属的塑性加工是利用金属具有塑性变形能力的特点，通过改变金属材料的形状、尺寸、性能等获得所需的型材、棒材、锻压件、板材以及线材等的一类加工方法。

金属塑性变形的实质是由于外力在金属内部形成较大的内应力，使得金属材料中的晶粒不仅在内部产生滑移，同时晶粒间也产生滑移和转动。因此，金属塑性的好坏不仅取决于金属本身的化学成分、金相组织、晶格类型，还有变形时的试验条件，例如：变形温度、形变速率以及试验所用压力大小等。

金属材料的“可锻性”是衡量材料压力加工工艺难易程度的一个重要指标，其衡量依据通常为材料的塑性大小以及变形抗力。一般情况下，具有较好的塑性、较小的变形抗力的金属材料的可锻性能相对较好。以上两个衡量依据中，塑性的好坏可用延伸率 δ 、断面收缩率 ψ 以及冲击韧性 a _k 等参量来表示。变形抗力是指金属材料在变形过程中抵抗工具作用力的大小，变形抗力越小，变形时所消耗的能量也就越少，从而可降低生产成本或提高工作效率。

金属塑性变形后，晶粒的形状、尺寸等将发生变化，晶粒间产生碎晶，晶格发生扭曲，增加了滑移阻力，从而产生所谓“加工硬化”现象。其标志是强度和硬度上升，而塑性和韧性下降。然而当继续经受加热时，原子的运动开始加剧，金属内部错位的原子恢复正常排列，消除晶格扭曲，可使加工硬化部分消除，这一过程称为“回复”。当金属温度继续升高到绝对熔化温度的0.4倍时，金属原子获得更高的热能，则开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，进而消除了全部加工硬化现象，这个过程称为“再结晶”。

当金属在高温下受力变形时，加工硬化过程和恢复以及再结晶过程是同时存在的，变形过程中产生的加工硬化会随时被再结晶所消除。

由以上分析可知，当金属在不同温度下变形时，最终得到的组织和性能是不一样的。同时，当试验的变形量、变形速率不同时，塑性变形后所产生的微观组织和力学性能也会有所改变，试验应力的大小对金属材料的塑性变形能力也会产生较大的影响。因此，在进行金属材料的塑性变形时，变形温度、应变速率以及变形抗力是必须考虑的热力学基本条件，是物理模拟的基本参数。

本书所考察铜合金的热变形行为，主要是在Gleeble 1500热模拟试验机上进行的，该装备因其功能齐全、技术先进而在近年来得到广泛应用。它是由加热系统、加力系统以及计算机控制系统三大部分组成，如图1-1所示 ^［1］ 。Gleeble 1500热模拟试验机的主要技术性能指标如表4-1所示。