【热处理】临界区热处理对亚共析钢的相变过程显微组织和力学性能影响的研究.pdf

临界区热处理对亚共析钢的相变过程
显微组织和力学性能影的研究
徐佐王子
提要
本文对马氏体前组织的40 TNIMOA钢在临界区温度范周内再加热时的奥氏体形成过程
动力学作了期察。结果表明、在临界区再加热时,马氏体到奥氏体的相变实际上是属于非平
衡状态,相成分和数量的改变不能从平衡相图上予以精确确定。这种情况下,奥氏体转变
是在近乎平衡相图的(a+y)相区温度时等温进行,转变的百分数蔍着等温时间的殂长面
增多,直到所有的针状铁素体完全消失。反应速率躂等温温度的升高面加快。运用热力学的
分析可以解释这种珊象。所形成的奏氏体针状和球状两种形骢,奥氏体的形貌取决于奥氏
体化温度和加热速度,本质上则取决于相变驱动力和合金的扩散速度与距离。
対马氏体和针状铁你两相混合组织钢的力学性能和断行为作了测定和研究。结果得
出:这种合组织可以在强度不变的条件下,提高淬火钢的韧性。其玄温下的断裂本质可用
临界应变模型来阐明,针状铁素体对韧性的作用是由于马氏体相中的纹在扩展到延性的铁
素体时将受到制的緣故。当然,较低温度再加热的。由于晶粒细化而改善韧性的作用将更
有增进
ー、前言
鉴于低合金高强度钢的强韧性配合不够理想并往往有明显的回火跪性现象,近年来,发
展了一种亚共析钢的临界区热处理工艺:以非平簧态的原始组织〈马氏体、贝氏体或回火马
氏体组织),在AC1~Ac,的临界区范周为适当的温度再加热、?淬火、继以国火。经这样的了.
艺处缌焉能获得品粒細小的,由不同体积比的针状铁素体和马质体组成的混合姐。适酤
比的两相混合组织的钢能在不损害强度下有效地改善冲击韧性、抑制回火脆性和降低脆性转
折温度。因此,临界区热处理受到材料科学工作者们的重视和兴趣,并开始在低合金高强度
钢的零件上应用。
这一工艺中,马氏体转变成奥氏体的热力学和相変动力学问题前入已有所研究。 Nehre
nberg首先注意到针状爽氏体晶粒的形成',随后日本的司木、上?,松田、岡村,渡
迈、邦武等先后对奥氏体的形成过程进行了观察和研究。LaW和 Edmonds'?获得类似结
呆,他{还测定了原始组织为马氏体的Fe-IV-0,2C钢的等温转变曲线,分析了奥氏体形成
动力学特征。 Amova和 sadov skit7讨论了37crNi3MoV钢再加热时奥氏体的形成与形魏。
3e.江6以の日K四等。研究了18 CRNIWA钢在再加熱时球状和针袂奥氏体的转变机理。总之,由于換
变过程的复杂性,研究结果之间还存在不少矛盾,有待进一步探、充实,使理论更骤完
善
临界区热处理对低碳低合金钢性能的影响效果虽然已得多数栟究者们的确认和生产实
残的验证12),而导致这些效果的机理则观点纷纭,争议尚多。此外,塑栏第二相对
纹扩展及断裂韧性的影响问题, Schwalbe3有过系统的网述。 Thomas14l。 Davies1.0
和富田憲之等1分别阚明了各自的既点。
本文研究了临界区热处理工艺对40 CRNIMOA钢的相变过程、显徽组织和力学性能的影
响。对原始组织为马氏体的钢在再加热时奥氏体的形成过程作了探讨并用热力学原理给以解
释。分析了针状铁素体对火、回火钢性能的影响机理
二、材料及试验方法
试验材料采用空电渣重熔的航空級40 CRNIMAAS钢(即AISI4340)。化学成分(所)为:
0.40C、0.76Cn、1.8
dNi、0.24Mo、0.70Ma、0.25Si、0.12Cu、0.015S、6.006P。临界
点分别为:Ac1735℃、Acg770℃。供碰状态为直径80毫米的棒材,分别改锻成12×12毫米
方坯料、20×40毫米扁坯料和直径为20鹭米询研棒料。经正火和高温回火处理后加工成
缺口夏贝冲击、三点弯曲和静拉伸試样。
脂界点测定是在Weis江杆式膨胀仪和RPZ-1型自动影胀上进行的。试样的原始组织
为板条状马氏体,加热速度为3℃/分,测得的Ac:温度比平衡态前组织的约低30℃。
经过不同工艺热处理的试样分别进行静拉伸、夏贝ー缺口冲击和平面应变断裂韧牲测
定。静拉伸试验采用直径为5毫米、平行长度为650毫米的棒状试样,在 lustro-1251型试验
机上进行、十字头述度为0.5毫米/分,应力ー应变曲线自动记录。复贝アー缺口冲击在PSW
300/150型冲击试验机上按照GB228-63规定进行,示波冲击试验在六机部725所进行并摄
取了载荷一位移曲线图象。断裂韧性试样为15X30×150毫关在ZDM-301万能材料试验机上
进行,跨距为120毫米。
铁素体形貌分别通过光学显微镣与XD-302电子显徽镜上筼型透射观察。铁素体的亚结
构和區体结枍分桥采用谖射薄膜试样经颈减薄后用双喷电介抛光最终藏薄,电解液为10%?
铬酸酒欖溶液;然后在H-700型电子显微饶上观察并摄像。断口形貌、裂纹走向及奥氏体微
区成分分析是在JCXA-773型电子探X射线显微分析仪上进行的。
三、试验结果
()马氏体前组织加热时,奥氏体的形成过程
经870℃奥氏体化15分钟后油淬謝处理的40 CRNIMOA制试样在(a+?)二相区温度范围内
再が热时的奥氏休等温形成动力学曲线如图1和2所示。试验结果表明:在二相区温度范调内
再加热时,马氏体能金部转变为奥氏体,随着等温温度的提高转变速度明显ⅷ诀。在不同的
等温温彦下马氏体转变成奥氏体的显微组织过程如图3和图4所示。
马氏体前组织在临界区温度范围为再加熱时奥氏体以球状和针状两种不同的形分别形
成。在针状奥氏体的成长过程中还会残留朱经再结晶而只是口复并长大的条片状铁素体,其
形貌如图5a、亚结构如照片图6b。图5表明;铁素体相呈条状、其宽度約为马兵体余条片的几
倍乃至す几倍不等。亚转构主要是位钻厲络和胞状组织
球状奥氏体晶粒的形成是遂循两种不同的迩:-种是直形成,另ー种是出针状奥氏
体粗化、滎台、或长面成。在技离温度侧加热,在原泉氏体晶界和原氏体领域界上形成