组织性能控制6参考

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采用形变诱导铁素体相变技术已分别将碳素钢和微合金钢 的铁素体晶粒尺寸细化到3μm和小于1μm,屈服强度分 别为400MPa和800MPa以上。
形变诱导铁素体相变的工艺与现行钢铁生产TMCP接近, 在现有轧制设备上或经过一定改造的设备上就可以实现。 这是这种工艺与其他晶粒超细化方法相比所具备的最大优 势,因而具有良好的应用前景。
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6.3形变诱导铁素体相变[Deformation Induced (Enhanced) Ferrite Transformation,DIFT(DEFT)]
碳素钢和微合金钢运用未再结晶控轧、再结晶控轧以及控 制冷却等晶粒细化工艺获得的铁素体最小平均晶粒尺寸分 别为10μm和4~5 μm,其屈服强度分别为 200~300MPa级和400~500MPa级。
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热加工中的软化过程分为:
1)动态回复;2)动态再结晶;3)亚动态再结晶;4)静态 再结晶;5)静态回复.
动态:在外力作用下,处于变形过程中发生的.
静态:在热变形停止或中断时,借助热变形的余热, 在无载荷的作用下发生的.
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γ动态回复是指钢在热变形过程中,光学显微组织发生改 变前(即在再结晶晶粒形成前)所产生的某些亚结构和性能 的变化过程。是在较高温度形变过程中发生的,通过热激 活使位错偶对消\胞壁锋锐规整化从而形成亚晶及亚晶合 并的过程.
应力。通常认为Xs=0.15~0.2时开始发生再结晶, Xs=0.9时完成再结晶。
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16MnNbR道次间软化率与道次间隔时间的关系
软 化 率, 1 0 0 %
1 .0 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 .0
0
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加热温度低,变形时原始奥氏体晶粒尺寸小,发生动态再结晶 所需变形量相对小,孕育期短,相对容易发生动态再结晶。
不同加热条件下及相同变形条件下的应力-应变曲线 变形温度为900℃ ,应变速率0.11s-1
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6.2钢材热变形后的静态软化过程
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应力-应变曲线与未变形微观组织
变形条件:a:900℃+4s,5℃/s冷却到850℃,变形量(①55%,②76%),应
变速率16s-1,b: 900℃+4s,5℃/s冷却到850℃+0.5s,水淬,2%硝酸酒
精腐蚀
a-应力-应变曲线;b- 850℃未变形微观组织
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形变诱导铁素体相变是动态相变过程。相变发生 在形变过程中,两者几乎同步进行。
动态再结晶是指在再结晶温度以上的变形过程中,随着变 形所产生的储存能的释放,应变能逐渐下降,新的无畸变 的等轴晶粒的形成和长大过程。
亚动态再结晶:除去变形外力后已发生动态再结晶的奥氏 体不必经过任何孕育期可继续长大推移的现象.
静态再结晶:只发生动态回复的形变奥氏体在变形后经过 一定时间(道次间隔时间)重新形核长大.
奥氏体热加工真应力-真应变曲线与材料微观组织变化示意图
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不同变形量与奥氏体微观组织
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变形条件:1100℃+2.5min,10℃ /s冷却到850℃ ,应变速 率10s-1,变形后立即水淬,苦味酸腐蚀 a-变形量15%;b-变形量讲3解0:%XX;c-变形量45%;d-变形量60%; 7
形核率相应较低。 转变中期: γ晶界被消耗完毕,形核开始向晶界两
侧扩展,晶内形成大量形变带,成为形核地点, 导致高形核率和高转变率。 转变后期:形核地点减少,同时受变形温度下铁 素体平衡数量的制约,形核率和转变率降低。
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形变诱导铁素体相变3个阶段的铁素体形核位置特点
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γ热变形时的变形应力与组织特征随应变量增加而变化, 应力-应变曲线表现为:
回复型变形中:
变形初期:由于加工硬化的速度大于回复速度,应力快速上 升,位错密度增加,亚晶发展迅速,晶粒伸长.
当变形达到一定程度:回复过程可以完全平衡应变硬化过程, 曲线表现为应力不随应变增加而变化的稳态流变,位错密 度保持不变,即位错的增殖率与消失率相等。晶粒仍然继 续伸长,回复所形成的亚晶呈等轴状.
变形条件: 1100℃+2.5min,10℃ /s冷却到变形温度,60%变
形,应变速率15s-1,变形后立即水淬,苦味酸腐蚀
a-变形温度1050℃;
b-变形温度900℃
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不同变形温度下应力-应变曲线
变形条件:1100℃+2.5min,10℃/s冷却到变形温度,60%变
形, 变形速率0.1s-1,变形后立即水淬
随温度的降低和应变速率的提高,材料微观组织发生不同变化, 相应变化的应力-应变曲线是:无峰平台动态回复→多峰的不 连续动态再结晶→单峰连续动态再结晶→部分动态再结晶→ 无峰和具有上升趋势的动态回复→形变诱导相变.
真应力-真应变曲线与形变温度\应变速率关系示意图
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不同变形温度与奥氏体微观组织
形变诱导铁素体相变发生的前提条件是:形变储 能在奥氏体组织中的存在,其微观组织表现形式 是高位错密度的形变奥氏体。通常认为在 Ae3~Ar3温度区间(临界奥氏体控轧),大变形 能够发生铁素体相变。Ae3为钢的临界点。
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变形诱导铁素体相变特征
09CuTiRENb钢在1053K以15s-1变形至不同应变量后淬火光学显微组
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σ σ
真 应 力 ,


t =常数 =常数
力 ,
高应变速率 低应变速率
真应变,ε
真应变,ε
动态回复时的应力-应变曲线特征 动态再结晶时的应力-应变曲线特征
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形变过程中随应变量加大微观组织发生变化的过程为: 变形初期的加工硬化→部分再结晶阶段→全部再结晶阶段
800℃ 900℃ 1000℃ 1100℃
10
20
30
40
50
60
间 隔 时 间 ,s
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16MnNbR道次间软化率与变形量的关系
软 化 率 ,1 0 0 %
1 .0
0 .9
0 .8
0 .7
0 .6
0 .5
0 .4
0 .3
800℃
900℃
0 .2
1000℃
0 .1
1100℃
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用超级钢制造的卡车横梁
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500MPa碳素钢先进工业化制造技术是十五 863国家高技术研究发展计划重点课题之一,我 实验室为课题负责单位,刘相华教授任课题负责 人。项目基于在“973”重大基础研究中提出并 被证实的创新思想,以开发普通碳素钢扁平材和 长型材屈服强度500MPa级超级钢先进的冶金生 产工艺流程和相关材料工艺为目标。确定在现有 工业生产条件下生产出以C、Mn为主要成分的 500MPa级的超级钢的生产工艺,逐步代替该强 度级别的低合金高强度钢,研制出用途广泛、性 能优越的低成本钢种系列。
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6.4超级钢技术的工业应用 在轧制过程中组织演变及控制理论研究的基础
上,通过实验室热模拟实验、轧制实验及现场工 业实验,确定了轧制工艺参数对组织性能的影响 规律及400MPa超级钢的生产工艺,在国际上第 一次在工业生产条件下生产出以SS400为基本成 分的铁素体晶粒尺寸在4mm左右,屈服强度在 400MPa以上的超级钢带钢,并形成批量生产能 力。目前已累计生产400MPa级超级钢3600吨, 产品已在一汽集团公司、辉南车架厂推广应用, 每吨可降低成本360元,可以产生巨大的经济效 益具有广阔的应用前景。
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利用双道次压缩实验确定静态再结晶软化率Xs
1200℃×4min T
1s,5s,10s,100s,500s,1000s
Strain: 0.2,0.3
Strain rate, 1 Temperature,900℃~1050℃
Time, t
Xs=(σm-σr)/(σm-σ0) 式中σm为卸载时对应的应力;σ0为第一道次变形的屈服
6.1钢材热变形过程中的硬化、软化行为
钢在高温下变形时,会同时发生硬化(加工硬化) 和软化(回复和再结晶)两种对抗过程.
从能量角度看,形变金属由于吸收了部分变形功, 其内能增高,结构缺陷增多,处于不稳定状 态.具有自发恢复到原始状态的趋势.室温下, 原子扩散能力低,这种亚稳定状态可保持下 去.一旦受热,原子扩散能力增强,将发生组织 结构与性能的变化.
三个关键因素:大过冷、大应变、轧制温度略高于Ar3. 由于奥氏体动态回复未能抵消高应变速率在热加工过程中
导致的位错增值积累,极短时间内(毫秒级)达到临界状 态,发生向铁素体转变而消除大量位错。随着变形的继续, 不断发生奥氏体向铁素体的转变。应力-应变曲线出现峰 值并短时间持续后应力下降,应变量的增加使铁素体量不 断增加,曲线趋向持续下降。
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讲CP的关系
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形变诱导铁素体相变:低碳钢中产生超细铁素体的技术. 也称应变诱导相变(Strain Induced Ferrite Transformation,SIFT)和应变强化铁素体相变(Strain Enhanced Ferrite Transformation,SIFT)
在再结晶型的变形中:
应变量小于临界应变量时只发生回复. 在高温、高应变速率的情况下,应力随应变不断增加,直
至达到峰值后又随应变下降,最后达到稳定态。在低应 变速率下,与其对应的稳定阶段的曲线成波浪形变化, 这是由于反复出现动态再结晶-变形-动态再结晶,即交 替进行软化-硬化-软化而造成的。
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2021/3/10 a-ε=0.16;b-ε=0.36; c-讲ε解=:0XX.69; d- ε=1.20
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在较小和较大应变量范围内,形变诱导铁素体相变 转变速率较慢,而在中等应变量下,转变最快。
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形变诱导铁素体相变的3个阶段
转变初期、转变中期、转变后期; 转变初期:γ晶界处形核,由于晶界数量有限,其
形变奥氏体(静态)再结晶、未再结晶区域示意图 Ⅰ-未再结晶区; Ⅱ-部分再结晶区; Ⅲ-完全再结晶区
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临界再结晶温度、临界未再结晶温度随应变速率的增加 而提高,同时随变形温度的降低,再结晶的临界变形量 也加大,这与动态再结晶规律一致.
碳素钢Q235静态再结晶和未再结晶曲线 (应变速率0.1s-1和0.5s-1)
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不同变形速率下的应力-应变曲线
变形条件:1100℃+2.5min,10℃/s冷却到变形温度,60%变 形, 变形温度950℃,变形后立即水淬
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不同应变速率下950 ℃变形时奥氏体微观组织形貌
变形条件:1100℃+2.5min,10℃/s冷却到变形温度,60%变形,变形后立
0 .0
10
15
20
25
30
35
40
变形量, %
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应变速率增加到一定临界值后,完全可以使奥氏体不发生 再结晶,其变形条件是轧制速度的提高、应变速率的加大和 道次间隔时间的缩短。
普碳钢Q235形变奥氏体再结晶未再结晶图(850℃变形后保温1s水淬) Ⅰ-再结晶区; Ⅱ-部分再结晶区; Ⅲ-未再结晶区
即水淬,苦味酸腐蚀
a-应变速率1s-1;b-应变速率5s-1;c-应变速率10s-1;d-应变速率30s-1
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普碳钢Q235随温度的降低和应变速率的提高,可使形 变奥氏体只发生动态回复不发生动态再结晶.
普碳钢Q235压缩变形发生动态再结晶、部分动态再结晶、未再结 晶时温度与应变速率关系图:●发生动态再结晶; ○未再结晶
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变形时铁素体微观组织和奥氏体微观组织
变形条件:900℃+4s,5℃/s冷却到850℃,变形量(a、b:55%;c、d:76%),
应变速率16s-1,变形后立即水淬。a、b:2%硝酸酒精腐蚀;c、d:苦味酸腐
蚀) 2021/3/10
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a-铁素体;b-奥氏体;c-铁素体;d-奥氏体
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