金屬材料與熱處理鐵素體

1、 亞共析鋼中先共析鐵素體形態(tài)的研究【摘要】研究了亞共析鋼中先共析鐵素體的形態(tài)及其形成區(qū)域,分析表明,亞共析鋼中先共析鐵素體可分為三種形貌,即塊狀鐵素體、交叉針狀鐵素體和平行針狀鐵素體,隨著等溫溫度的降低,鐵素體由塊狀變成交叉針狀,再由交叉針狀變成平行針狀。最初人們將亞共析鋼中的鐵素體分為塊狀、網(wǎng)狀和魏氏組織,而其中的魏氏組織被認為是一種過熱組織,表現(xiàn)為晶粒粗大,伴隨有從晶界向晶內(nèi)成條束長大的平行針狀鐵素體,這種組織中由于鐵素體束相互平行而使鋼的性能惡化。近幾十年來,不斷有人發(fā)現(xiàn)鋼中魏氏組織是在一定的冷卻速度下形成的, 它并不是過熱時才出現(xiàn)。同時隨著等溫溫度的降低,鐵素體由塊狀變成魏氏組織, 其

2、中魏氏組織中可分為交叉針狀鐵素體和平行針狀鐵素體。通過大量實驗可以得出先共析鐵素體的確可分為三個部分即三個形成區(qū), 塊狀形成區(qū)域、交叉針狀形成區(qū)域和平行針狀形成區(qū)域。以20鋼1200奧氏體處理的結(jié)果為例分析,隨著等溫溫度的降低,顯微組織由塊狀鐵素體變成魏氏組織,當?shù)葴販囟容^高時,獲得塊狀鐵素體,溫度降低,塊狀開始變成棒狀或條束狀, 成交叉分布,當溫度低于650時,鐵素體基本上成交叉分布的細桿或針狀,等溫溫降低到600時,顯微組織中開始出現(xiàn)平行針狀鐵素體,我們把這個溫度定義為獲得交叉針狀鐵素體的最低溫度,用T表示；等溫溫低于600時,顯微組織以平行針狀鐵素體為主1000、1100奧氏體化然后等溫

3、處理得到類似的結(jié)果, 可見奧氏體化溫度對交叉針狀、平行針狀鐵素體和二幾乎不產(chǎn)生影響,從同組試樣中看出, 含碳量的增加也不影響先共析鐵素體的變化規(guī)律,只是顯微組織中鐵素體量減少,珠光體量增加, 值得指出的是含碳量不能太高,否則針狀鐵素體還未相互接觸,剩下的過冷奧氏體的碳量已達到共析成分,發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,從而不能得交又的或平行的針狀鐵素體。由此可以得出,在低碳鋼中,要獲得性能較好的交叉針狀鐵素體組織,必須控制先共析鐵素體在6000到650溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變。以上分析得出魏氏組織中交叉針狀鐵素體和平行針狀鐵素體是在一定的溫度區(qū)域形成的,與奧氏體化溫度無關(guān),針對過去人們把魏氏組織看成是過熱組織這個問題,我們

4、用10、20和45號鋼做了如下實驗,如圖（1），（2），（3）所示，把這三種鋼分別加熱到1000、1100和1200奧氏體化,然后空冷,得到的顯微組織，10和20號鋼1000奧氏體化空冷,得到的顯微組織中,用金像顯微鏡觀察到，鐵素休開始變形, 變成不規(guī)則的塊狀和長條狀,45 號鋼中已出現(xiàn)魏氏組織, 10鋼在1200，20號鋼在1100和1200均獲得魏氏組織,這種魏氏組織鐵素針體呈平行分布占多數(shù)出現(xiàn)這種情況可從C一曲線的變化加以解釋由于交叉針狀鐵素體和平行針狀鐵麥體是在一定的溫度下轉(zhuǎn)變,那么在連續(xù)冷卻過程中,就必須控制一定的冷卻速度, 才能得魏氏組織。 （1） （2） （3）魏氏組織形成的原因

5、有多個方面。一是鍛造的加熱溫度過高；二是冷卻速度過快所致；在亞共析鋼或過共析鋼中，由高溫以較快的速度冷卻時，先共析的鐵素體或滲碳體從奧氏體晶界上沿著奧氏體的一定晶面向晶內(nèi)生長，呈針狀析出。在光學顯微鏡下可以觀察到從奧氏體晶界上生長出來的鐵素體或滲碳體近似平行，呈羽毛狀或三角形，其間存在著珠光體的組織。這種組織稱為魏氏組織。實際生產(chǎn)中遇到的魏氏組織大多是鐵素體魏氏組織。魏氏組織常伴隨著奧氏體晶粒粗大而出現(xiàn)。以前人們認為魏氏組織對金屬材料有很多方面的危害，例如在最終熱處理會有增大變形的傾向；使鋼的力學性能尤其是塑性和沖擊韌性顯著降低，同時使脆性轉(zhuǎn)折溫度升高。魏氏組織容易出現(xiàn)在過熱鋼中，因此，奧氏體

6、晶粒越粗大，越容易出現(xiàn)魏氏組織。鋼由高溫較快地冷卻下來往往容易出現(xiàn)魏氏組織，慢冷則不易出現(xiàn)。鋼中的魏氏組織一般可通過細化晶粒的正火、退火以及鍛造等方法加以消除，程度嚴重的可采用二次正火方法加以消除。然而在本次研究中我們可以看出魏氏組織對金屬材料也有又利的一方面，比如說，交叉針狀鐵素體具有良好的綜合機械性能,特別是低溫沖擊韌性較佳,平行針狀鐵素休組織與人們認為性能不好的過熱組織相同因此,如果能把性能好的交叉針狀鐵素體與性能不好的平行針狀鐵素體形成區(qū)域分開,找出它們的轉(zhuǎn)變規(guī)律,對指導生產(chǎn)實踐具有十分重要的意義,同時對亞共析相的較變機理的研究有一定的推動作用。經(jīng)過以上分析我們可以得出，亞共析鋼中先共鐵素休可分為三種形態(tài)塊狀、交叉針狀、平行針狀,在650以上轉(zhuǎn)變的為塊狀鐵素休,650 到600之間轉(zhuǎn)變的為交叉針狀鐵素體,600以下轉(zhuǎn)變的為平行針狀鐵素體；奧氏體化溫度和含碳量對這三種形態(tài)的鐵素體形成區(qū)域幾乎不產(chǎn)生影響,但當奧氏體化溫度較高,或含碳量較高時,先共析鐵素體轉(zhuǎn)變曲線變陡,有利于平行針狀鐵素對于低碳和低合金鋼來說,獲得交叉針狀鐵素體組織的最低溫度是一定的,大約在6