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)，當條件滿足時，就有自發(fā)恢復到原始低內(nèi)能狀態(tài)的趨勢。當溫度升高到一定程度，原子獲得足夠擴散能力時，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)生回復與再結(jié)晶過程。熱塑性變形時，回復、再結(jié)晶與加工硬化同時發(fā)生，加工硬化不斷被回復、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，回復和再結(jié)晶是金屬熱變形過程中的軟化機制。一般認為在應力作用下的回復、再結(jié)晶稱為動態(tài)回復、動態(tài)再結(jié)晶，這樣在熱變形過程中主要發(fā)生動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶。

動態(tài)回復主要通過位錯的攀移、交滑移來實現(xiàn)。位錯運動容易、易發(fā)生攀移、交滑移的金屬內(nèi)部，異號位錯比較容易相互抵消，導致位錯密度下降，金屬內(nèi)部的畸變能降低，就不足以達到動態(tài)再結(jié)晶所需的能量。因此，如鋁、鋅、鎂等層錯能高的金屬材料，動態(tài)回復是其熱塑性變形過程中唯一的軟化機制。而對于如銅、銀、奧氏體鋼等層錯能低的金屬材料，在熱塑性變形過程中無顯著的動態(tài)回復過程。這是因為層錯能低，擴展位錯的寬度就大，位錯集束困難，不易產(chǎn)生位錯的交滑移和攀移，這樣隨著變形程度增大，位錯密度也增大。當內(nèi)部畸變能達到臨界值時，就會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。本文中研究的連桿材料為40Cr，因此在熱鍛過程中的軟化機制是動態(tài)再結(jié)晶。

金屬發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶過程按照應力一應變曲線的形態(tài)可分為兩種:單峰型和多峰型。單峰型動態(tài)再結(jié)晶機理是從原始晶界處重復形核和長大，促使晶粒的細化。多峰型動態(tài)再結(jié)晶的機理還在研究中，因此本文中只討論單峰型動態(tài)再結(jié)晶過程。

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

第一階段:加工硬化和動態(tài)回復階段，即圖中的AB段。在這一階段，應力隨著應變上升很快，金屬出現(xiàn)加工硬化。

第二階段:動態(tài)再結(jié)晶開始階段，即圖中的BC段。當應變量達到臨界值

時，動態(tài)再結(jié)晶開始，其軟化作用隨應變增強逐漸增強，使應力隨著應變增加的幅度逐漸降低，當應力超過最大值后，軟化作用超過加工硬化，應力隨應變增強而下降。

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

再結(jié)晶軟化達到動態(tài)平衡。應力不隨應變的增加而變化，基本保持一恒定值。此時，完全發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，晶粒得到細化。