材料加工組織性能控制(第五章)

1、5 5 中高碳鋼控制軋制特點(diǎn)中高碳鋼控制軋制特點(diǎn) 中高碳鋼特點(diǎn)：中高碳鋼特點(diǎn)：（1 1）冷卻后的組織發(fā)生變冷卻后的組織發(fā)生變 化：（化：（2 2）決定鋼材性能的因素發(fā)生變化：）決定鋼材性能的因素發(fā)生變化： 鐵素體和珠光體的比例、鐵素體晶粒的大鐵素體和珠光體的比例、鐵素體晶粒的大 小、珠光體片層粗細(xì)和球團(tuán)大小以及滲碳小、珠光體片層粗細(xì)和球團(tuán)大小以及滲碳 體的形貌。體的形貌。 （1 1）鈮對(duì)中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶臨界變形量的影響）鈮對(duì)中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶臨界變形量的影響 在中碳鋼中添加鈮同樣可以延遲奧氏體再結(jié)晶。 圖5-1 0.43C，1.4Mn鋼， 晶粒再結(jié)晶行為 (1200C加熱后 軋制1道次，

2、原始晶粒度為1級(jí)) 圖5-2 0.40%C，1.38Mn，0.023 Nb鋼的晶粒再結(jié)晶行為 5.1 5.1 中高碳鋼奧氏體的再結(jié)晶行為中高碳鋼奧氏體的再結(jié)晶行為 圖5-5 軋制前加熱溫度對(duì) 0.4%C，1.38Mn，0.023 Nb鋼臨界壓下率的影響效果 原因：原因：固溶固溶NbNb量增量增 加，阻止奧氏體再加，阻止奧氏體再 結(jié)晶作用加強(qiáng)。結(jié)晶作用加強(qiáng)。 （2 2）鈮、碳對(duì)中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶晶粒度的影響）鈮、碳對(duì)中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶晶粒度的影響 圖5-6 壓下率、軋制溫度對(duì)中碳鋼（加Nb與不加Nb）軋制后 再結(jié)晶晶粒度的影響 圖中得到圖中得到：1)1)壓下率大、再結(jié)晶奧氏體晶粒細(xì)；壓下率大

3、、再結(jié)晶奧氏體晶粒細(xì)；2)2)軋制溫度軋制溫度 對(duì)奧氏體晶粒尺寸的影響較小；對(duì)奧氏體晶粒尺寸的影響較小；3)3)同一變形條件下，加鈮的同一變形條件下，加鈮的 中碳鋼比不加鈮的中碳鋼的再結(jié)晶晶粒細(xì)。中碳鋼比不加鈮的中碳鋼的再結(jié)晶晶粒細(xì)。 圖5-7 壓下率對(duì)含Nb和不含Nb中高碳鋼 軋制后再結(jié)晶晶粒度的影響 碳含量對(duì)再碳含量對(duì)再 結(jié)晶晶粒度結(jié)晶晶粒度 影響較小。影響較小。 5.25.2中高碳鋼控制軋制鋼材的組織狀態(tài)中高碳鋼控制軋制鋼材的組織狀態(tài) （1 1）常溫組織以鐵素體為主的鋼材）常溫組織以鐵素體為主的鋼材(Mn1.0%)(Mn1.0%) 成分：成分：0.420.42C C，0.550.55Mn

4、Mn、0.0320.032NiNi 加熱溫度：加熱溫度：12001200 C C 普通軋制普通軋制 ：第一階段壓下率：第一階段壓下率：50%50%，第二階段壓下，第二階段壓下 率：率： 3535，終軋溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（，終軋溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（10501050 C C 10001000 C)C) 所得常溫組織：所得常溫組織： 鐵素體和珠光鐵素體和珠光 體；體；所占面積：所占面積： 各各50%；鐵素鐵素 體晶粒體晶粒：8級(jí)。級(jí)。 圖5-7-1 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb 鋼的常規(guī)軋制組織（200） 控制軋制工藝控制軋制工藝 ： 第一階段：第一階段：壓下率：壓下率：50%50

5、%，最，最 后后 一道溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（一道溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（1050105011001100 C C）；）； 第二階段軋制：終軋溫度：第二階段軋制：終軋溫度：870870 C C，壓下率分別，壓下率分別 為：為： 1)35%1)35%：鐵素體晶粒比普通軋制時(shí)的鐵素體晶粒：鐵素體晶粒比普通軋制時(shí)的鐵素體晶粒 細(xì)小，珠光體變得粗大。細(xì)小，珠光體變得粗大。原因：原因： 2)2)壓下率為壓下率為50%50%：鐵素體和珠光體基本上都得到：鐵素體和珠光體基本上都得到 均勻細(xì)化。均勻細(xì)化。 3)3)壓下率為壓下率為75%75%：鐵素體晶粒組織更細(xì)化、均：鐵素體晶粒組織更細(xì)化、均 勻，晶粒度達(dá)到勻，晶粒

6、度達(dá)到12121313級(jí)。級(jí)。 中碳鋼，如中碳鋼，如Mn1%Mn1%，鋼的主體為鐵素體時(shí)，仍是，鋼的主體為鐵素體時(shí)，仍是 鐵素體細(xì)化機(jī)理在起作用?？刂栖堉畦F素體細(xì)化機(jī)理在起作用?？刂栖堉畦F素體和鐵素體和 珠光體充分細(xì)化。珠光體充分細(xì)化。 圖5-7-2 0.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb鋼的控制軋制組織 (a)35%;(b)50%;(c)75% （2 2）常溫組織以珠光體為主的鋼材）常溫組織以珠光體為主的鋼材 0.43%C0.43%C，1.401.40MnMn鋼：鋼： 普通熱軋普通熱軋：所得到的組織所得到的組織: :鐵素體在即將轉(zhuǎn)變的鐵素體在即將轉(zhuǎn)變的 奧氏體晶界上生成網(wǎng)狀組織。奧氏

7、體晶界上生成網(wǎng)狀組織。 控制軋制控制軋制( (再結(jié)晶區(qū)中軋制再結(jié)晶區(qū)中軋制) )：奧氏體再結(jié)晶晶粒奧氏體再結(jié)晶晶粒 細(xì)化細(xì)化鐵素體及珠光體組織都得到細(xì)化。隨著變鐵素體及珠光體組織都得到細(xì)化。隨著變 形量的增加，細(xì)化程度增加。形量的增加，細(xì)化程度增加。 （3 3）共析鋼）共析鋼 控制軋制目的控制軋制目的：珠光體團(tuán)得到細(xì)化。珠光體團(tuán)得到細(xì)化。 珠光體球團(tuán)尺寸取決于珠光體球團(tuán)尺寸取決于 晶粒尺寸，隨著晶粒尺寸，隨著 晶粒尺晶粒尺 寸寸 ，珠光體球團(tuán)直徑，珠光體球團(tuán)直徑 。 （4 4）過(guò)共析鋼）過(guò)共析鋼 控制軋制目的控制軋制目的：珠光體球團(tuán)變小，同時(shí)亦使析出珠光體球團(tuán)變小，同時(shí)亦使析出 的網(wǎng)狀碳化物變

8、薄。要在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，的網(wǎng)狀碳化物變薄。要在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制， 使奧氏體晶粒細(xì)小。使奧氏體晶粒細(xì)小。 5.3 5.3 中高碳鋼的組織與力學(xué)性能的關(guān)系中高碳鋼的組織與力學(xué)性能的關(guān)系 (1) (1) 中高碳鋼組織對(duì)性能的影響中高碳鋼組織對(duì)性能的影響 1)1)對(duì)強(qiáng)度的影響對(duì)強(qiáng)度的影響 重要因素：珠光體的片層間距。重要因素：珠光體的片層間距。 式中式中 0 0為純鐵素體強(qiáng)度，為純鐵素體強(qiáng)度， S S、 0.2 0.2為材料的 為材料的 屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，I I0 0為珠光體的片層間距，為珠光體的片層間距，K Ky y為系數(shù)。為系數(shù)。 21 00 )41. 1/( IK ys 各種強(qiáng)化因素對(duì)抗

9、拉強(qiáng)度的影響：各種強(qiáng)化因素對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響： SiSfdNfMPa FFb 3 . 623. 07 .46)1 (18. 12 .7416150)( 2 1 0 312131 2)2)對(duì)塑性的影響對(duì)塑性的影響: : 圖5-10球狀珠光體直徑(dy)和斷面收縮率關(guān)系 珠光體球直徑愈細(xì)，斷面收縮率愈大，珠光體片層珠光體球直徑愈細(xì)，斷面收縮率愈大，珠光體片層 間距愈小延性愈好。間距愈小延性愈好。 碳化物體積和球化處理對(duì)T的影響 1-球化處理（粒狀滲碳體）；2-正火 （片狀滲碳體） 含碳量和球化處理對(duì)u的影響 1-球化處理（粒狀滲碳體）；2-正 火（片狀滲碳體） 3)對(duì)韌性的影響： 各強(qiáng)化因素對(duì)沖擊值

10、轉(zhuǎn)變溫度ITT的影響： )1043. 33 .133356 . 5)(1 ()5 .1146()( 6 2 1 2 1 0 2 1 0 tpSfdfCITT FF （2 2）控制軋制中組織性能的變化）控制軋制中組織性能的變化 圖5-12 碳含量對(duì)控制軋制材(CR)與普通軋制材(HR)強(qiáng)度的影響 碳量碳量0.2% 0.3%： 含含0.4%C以上：以上： 含含0.8%C以上的鋼：以上的鋼： 強(qiáng)度變化：強(qiáng)度變化： 強(qiáng)度降低原因：強(qiáng)度降低原因： 1）珠光體的片層間距及珠光體珠光體的片層間距及珠光體( (領(lǐng)域領(lǐng)域) )的大小與奧氏體晶的大小與奧氏體晶 粒尺寸粒尺寸毫無(wú)關(guān)系。毫無(wú)關(guān)系。 圖5-13 560

11、C（833K）及600C（873K）鉛浴淬火的珠光體領(lǐng)域直徑和層 間距與晶粒度的關(guān)系 (a)珠光體領(lǐng)域直徑和 晶粒度的關(guān)系；(b)珠光體片層間距與晶粒度的關(guān) 系 2 2） 溫度愈低、溫度愈低、 晶粒愈細(xì)晶粒愈細(xì)，珠光體成核點(diǎn)愈珠光體成核點(diǎn)愈 多。珠光體開始轉(zhuǎn)變線和終了轉(zhuǎn)變線多。珠光體開始轉(zhuǎn)變線和終了轉(zhuǎn)變線發(fā)生變化。發(fā)生變化。 珠光體相變曲線隨化溫度的 移動(dòng)狀況 珠光體生成溫度和層間距的關(guān)系 塑性、韌性的變化：塑性、韌性的變化： 圖5-12-1 碳含量對(duì)控制軋制材(CR) 與普通軋制材(HR)塑性、韌性的影響 0.2% 0.8%C內(nèi)的脆性內(nèi)的脆性 轉(zhuǎn)化溫度比較：轉(zhuǎn)化溫度比較： 0.2 0.8%C內(nèi)的斷面收內(nèi)的斷面收 縮率比較：