金属材料与热处理铁素体

亚共析钢中先共析铁素体形态的研究

【摘要】研究了亚共析钢中先共析铁素体的形态及其形成区域,分析表明,亚共析钢中先共析铁素体可分为三种形貌,即块状铁素体、交叉针状铁素体和平行针状铁素体,随着等温温度的降低,铁素体由块状变成交叉针状,再由交叉针状变成平行针状。

最初人们将亚共析钢中的铁素体分为块状、网状和魏氏组织,而其中的魏氏组织被认为是一种过热组织,表现为晶粒粗大,伴随有从晶界向晶内成条束长大的平行针状铁素体,这种组织中由于铁素体束相互平行而使钢的性能恶化。

近几十年来,不断有人发现钢中魏氏组织是在一定的冷却速度下形成的, 它并不是过热时才出现。同时随着等温温度的降低,铁素体由块状变成魏氏组织, 其中魏氏组织中可分为交叉针状铁素体和平行针状铁素体。

通过大量实验可以得出先共析铁素体的确可分为三个部分—即三个形成区, 块状形成区域、交叉针状形成区域和平行针状形成区域。以20钢1200℃奥氏体处理的结果为例分析,随着等温温度的降低,显微组织由块状铁素体变成魏氏组织,当等温温度较高时,获得块状铁素体,温度降低,块状开始变成棒状或条束状, 成交叉分布,当温度低于650℃时,铁素体基本上成交叉分布的细杆或针状,等温温降低到600℃时,显微组织中开始出现平行针状铁素体,我们把这个温度定义为获得交叉针状铁素体的最低温度,用T表示；等温温低于600℃时,显微组织以平行针状铁素体为主1000℃、1100℃奥氏体化然后等温处理得到类似的结果, 可见奥氏体化温度对交叉针状、平行针状铁素体和二几乎不产生影响,从同组试样中看出, 含碳量的增加也不影响先共析铁素体的变化规律,只是显微组织中铁素体量减少,珠光体量增加, 值得指出的是含碳量不能太高,否则针状铁素体还未相互接触,剩下的过冷奥氏体的碳量已达到共析成分,发生共析转变,从而不能得交又的或平行的针状铁素体。由此可以得出,在低碳钢中,要获得性能较好的交叉针状铁素体组织,必须控制先共析铁素体在6000到650℃温度范围内转变。

以上分析得出魏氏组织中交叉针状铁素体和平行针状铁素体是在一定的温度区域形成的,与奥氏体化温度无关,针对过去人们把魏氏组织看成是过热组织这个问题,我们用10、20和45号钢做了如下实验,如图（1），（2），（3）所示，

把这三种钢分别加热到1000℃、1100℃和1200℃奥氏体化,然后空冷,得到的显微组织，10和20号钢1000℃奥氏体化空冷,得到的显微组织中,用金像显微镜观察到，铁素休开始变形, 变成不规则的块状和长条状,45 号钢中已出现魏氏组织, 10钢在1200℃，20号钢在1100℃和1200℃均获得魏氏组织,这种魏氏组织铁素针体呈平行分布占多数出现这种情况可从C一曲线的变化加以解释由于交叉针状铁素体和平行针状铁麦体是在一定的温度下转变,那么在连续冷却过程中,就必须控制一定的冷却速度, 才能得魏氏组织。

（1）

（2）

（3）

魏氏组织形成的原因有多个方面。一是锻造的加热温度过高；二是冷却速度过快所致；在亚共析钢或过共析钢中，由高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下可以观察到从奥氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着珠光体的组织。这种组织称为魏氏组织。实际生产中遇到的魏氏组织大多是铁素体魏氏组织。魏氏组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现。

以前人们认为魏氏组织对金属材料有很多方面的危害，例如在最终热处理会有增大变形的倾向；使钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高。魏氏组织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大，越容易出现魏氏组织。钢由高温较快地冷却下来往往容易出现魏氏组织，慢冷则不易出现。钢中的魏氏组织一般可通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法加以消除，程度严重的可采用二次正火方法加以消除。然而在本次研究中我们可以看出魏氏组织对金属材料也有又利的一方面，比如说，交叉针状铁素体具有良好的综合机械性能,特别是低温冲击韧性较佳,平行针状铁素休组织与人们认为性能不好的过热组织相同因此,如果能把性能好的交叉针状铁素体与性能不好的平行针状铁素体形成区域分开,找出它们的转变规律,对指导生产实践具有十分重要的意义,同时对亚共析相的较变机理的研究有一定的推动作用。

经过以上分析我们可以得出，亚共析钢中先共铁素休可分为三种形态块状、交叉针状、平行针状,在650℃以上转变的为块状铁素休,650 到600℃之间转变的为交叉针状铁素体,600℃以下转变的为平行针状铁素体；奥氏体化温度和含碳量对这三种形态的铁素体形成区域几乎不产生影响,但当奥氏体化温度较高,或含碳量较高时,先共析铁素体转变曲线变陡,有利于平行针状铁素对于低碳和低合金钢来说,获得交叉针状铁素体组织的最低温度是一定的,大约在600℃左右。参考文献

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