35K钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线研究

文章编号:1004-9762(2003)04-0331-0335K钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线研究Ξ孟力平,张宇航,李红英,耿进锋(中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙　410083)关键词:35K钢;热模拟;连续冷却转变曲线;临界冷却速度中图分类号:TG14211 文献标识码:A摘　要:利用膨胀法结合金相硬度法,在G leeble1500热模拟机上测定了35K钢的临界点Ar1,Ar3以及Ms;测定了不同冷却速度下连续冷却转变的膨胀曲线,获得了该钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线);研究了35K钢的连续冷却过程中奥氏体转变过程及转变产物的组织和性能;此外,通过对CCT曲线的分析,确定了避免铁素体呈现魏氏组织形貌和产生贝氏体组织的临界冷却速度,为生产实践和新工艺的制定提供了参考依据.Continuous cooling transform ation of undercooling austenite about35KME NGLi2ping,ZH ANG Y u2hang,LI H ong2ying,GE NGJin2feng(C ollege of Materials Science&Engineering,Central S outh University,Changsha410083,China)K ey w ords:35K steel,thermal mechanical simulate,continuous cooling trans formation curve,critical cooling rateAbstract:By dilatometric change referencing microscopic test and hardness measurement,the critical points at Ar1,Ar3and with Ms of35K are determined respectively through G leeble1500thermal mechaical simulation.By measuring the different expanding curves of continuous cooling trans formation,CCT curve is obtained.T rans formation of austenite and m orphology and mechanical property of35K in the course of continuous cooling are analysed.In addition,by the analysis of CCT curve,the critical cooling rate of generating Widmanstaten structure and bainite is de2 termined,which provides the references for productive practice and establishing new technics. 冷镦钢是可在室温条件下,利用金属塑性成型工艺生产互换性较高的标准件用钢.35K钢是冷镦钢的一种,用来制造高强度紧固件(8.8级),在国内外已经得到了广泛的应用.但35K钢轧制盘条在冷镦或冷顶锻时有时会产生开裂,影响了它的使用.初步分析认为,可能与材料在控轧控冷时出现不利于塑性成型的组织有关.CCT曲线是分析连续冷却时奥氏体转变过程及转变产物的组织和性能的有力工具[1].为了在控轧控冷后获得所需的组织和性能,制定合理的加工和热处理工艺,笔者测定了35K钢的CCT曲线,研究了35K钢过冷奥氏体连续冷却时的转变.1　实验方法实验原料采用控轧控冷后的35K钢盘条,其化学成分如表1所示.将其加工成直径为6m m,长度为10m m及直径为4m m,长度为8m m的2种不同规格的膨胀试样.表1　35K化学成分(质量分数,%)T able1　The chemical constitutionC S i Mn P S0.370.290.510.0170.014 采用膨胀法结合金相硬度法[2],来测定35K钢的CCT曲线.在G leeble1500热模拟机上测定其连续冷却转变时的温度膨胀量曲线[3]1将试样加热至奥氏体化温度950℃,保温12min,然后以0105℃/s 的冷却速度,确定该钢的临界点Ar1,Ar3;以直接喷水冷却(冷却速度约400℃/s)测定其马氏体开始转变点Ms;在0105～35℃/s之间以12种不同的冷却速度分别将奥氏体化的试样冷却,得到12组温度膨胀量2003年12月第22卷第4期包头钢铁学院学报Journal of Baotou University of Iron and S teel T echnologyDecember,2003V ol.22,N o.4Ξ收稿日期:2002-09-18作者简介:孟力平(1964-),男,湖南华容人,中南大学实验师.曲线.由不同冷却速度下的膨胀曲线,结合金相硬度法确定转变开始点、转变终止点,并将其描绘在温度时间(对数)坐标上,然后把物理意义相同的点连成光滑的曲线,同时在坐标上给出Ar 1,Ar 3和Ms 点,这就得到了CCT 曲线[4].用金相显微镜分析转变后的显微组织,最后测定试样的维氏硬度值.2　试验结果211　35K 钢的临界点35K 钢的临界点测定结果如表2所示.表2　35K 钢的临界点T able 1　The critical point of 35K临界点Ar 1Ar 3Ms 温度/℃710790360212　CCT 曲线根据不同冷却速度下的温度膨胀量曲线,可确定试样的相变温度,如表3所示.在表3中,400℃/s是直接喷水冷却时的速度.由表2和表3,结合金相硬度法测定结果所得到的CCT 曲线见图1.在图1中,冷却曲线旁的数字为冷却速度,冷却曲线最下端的数字为此速度冷却后试样的维氏硬度值(H V ).表3　不同冷却速度下的相变点温度T able 3　The transform ation point temperaturein different cooling velocity冷却速度/(℃・s -1)A →F 开始A →P 开始A →P 终了A →B 开始A →B 终了A →M 开始0.057897116850.178********.578070166166159517636856416415802.57526796356355685709660630630560106916465491568562654020675602543256705915283066858536036035666581360360400360图1　35K 钢的CCT 曲线Fig.1　The CCT curve of 35K 从图1中可以看出,A →F 的转变贯穿整个冷速区间.发生A →P 转变的最大冷却速度约为5℃/s ,冷却速度大于5℃/s 时,转变产物中不存在珠光体组织.贝氏体的生成范围也很大,由015℃/s 到直接喷水冷却都有贝氏体组织存在.A →B 转变的临界冷却速度大约为015℃/s ,当冷却速度小于此速度时,转变产物中不会有贝氏体组织出现.当冷却速度达到30℃/s 时有A →M 转变发生,此时A →B 的终止温度与A →M 的开始温度几乎是相同的.213　金相组织观察和分析对不同冷却速度的试样进行了金相观察,部分试样的金相组织如图2所示.从图2可以看到,各个冷却速度下的试样中均有较多的铁素体组织,其形态在慢的冷却速度下为网状[5].当冷却速度增加到大约215℃/s 时(见图2(b )),开始出现魏氏组织铁素体.在冷却速度大约为30℃/s 时,虽然铁素体仍然存在,但魏氏组织消失(见图2(d )).较少的魏氏233包头钢铁学院学报2003年12月　第22卷第4期组织对材料性能影响不大,当魏氏组织大量出现时,会使钢的机械性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低[6],不利于冷镦成型.这也可能是35K 钢在冷镦或顶锻时出现裂纹的主要原因,应当避免.珠光体呈片层状.当冷却速度大于5℃/s 时珠光体消失,例如在10℃/s 冷却速度的试样上就看不到珠光体(见图2(c )).在015℃/s 冷却速度的试样上(见图2(a ))就可以观察到有杆粒状贝氏体出现,直至直接喷水冷却时仍然有杆粒状贝氏体.在工业生产中由于贝氏体的机械和力学性能都很差[7],不利于冷镦成型,这也可能是35K 钢在冷镦或顶锻时出现裂纹的原因之一,应当避免1当冷却速度为30℃/s 时(见图2(d )),就开始出现针状和板条状的马氏体.从直接喷水冷却测试Ms 点的金相组织照片上,可以看到有典型的板条和针状马氏体(见图2(e )).图2　35K 钢连续冷却转变后的金相组织　×1500Fig.2　metallurgical structure of 35K after continuous cooling transform ation　(a )冷却速度为015℃/s (铁素体+珠光体+杆粒状贝氏体);(b )冷却速度为215℃/s (铁素体+珠光体+杆粒状贝氏体,铁素体开始呈现魏氏组织形貌);(c )冷却速度为10℃/s (铁素体+杆粒状贝氏体,铁素体呈现魏氏组织形貌);(d )冷却速度30℃/s (网状铁素体+杆粒状贝氏体+针状和板条状马氏体);(e )直接喷水冷却(针状和板条状马氏体+铁素体+杆粒状贝氏体)3　结论(1)利用膨胀法并结合金相法和硬度法,测绘了35K 钢的连续冷却转变曲线(CCT 曲线),为确定此钢种的加工和热处理工艺提供了依据.(2)从35K 钢的CCT曲线和金相组织照片中可以看到,在很宽的冷却速度范围内,均有魏氏组织和贝氏体组织存在,这2种组织(特别是魏氏组织)的出现,不利于随后塑性成型.35K 钢之所以在冷镦和顶锻时出现裂纹,可能是因为在控轧时对冷却速度控制不当,生成了魏氏组织和贝氏组织造成的,在实际生产中应当予以注意.参考文献:[1]　邓至谦,周善初,等.金属材料及热处理[M].长沙:中南工业大学出版社,19881[2]　韩德伟1金相技术基础[M].长沙:中南工业大学出版社,19811[3]　《热处理手册》编委会1热处理手册(第四分册)[M].北京:机械工业出版社,19781[4]　张世中1钢的过冷奥氏体转变曲线图集[M].北京:冶金工业出版社,19931[5]　刘云旭1金属热处理原理[M].北京:机械工业出版社,19801[6]　崔忠析,刘北兴1金属学与热处理原理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,19981[7]　马泗春1材料科学基础[M].西安:陕西科学技术出版社,19981333孟力平等:35K 钢连续冷却过冷奥氏体转变曲线。