材料加工組織性能控制第七八章

材料加工組織性能控制第七八章第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五7.1中高碳鋼奧氏體的再結(jié)晶行為

鈮對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7-10.43％C，1.4％Mn鋼，

晶粒再結(jié)晶行為

(1200C加熱后軋制1道次，原始晶粒度為1級)

圖7-20.40%C，1.38％Mn，0.023％Nb鋼的晶粒再結(jié)晶行為第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖7-4C量對Nb鋼與不加Nb鋼臨界壓下率的影響（2）碳對中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶臨界變形量的影響

不含鈮鋼：加鈮鋼：隨碳含量臨界壓下量。碳量的多少決定了Nb的固溶量，碳量Nb的固溶量，軋制時析出量，阻止再結(jié)晶作用小。第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖7-5軋制前加熱溫度對0.4%C，1.38％Mn，0.023％Nb鋼臨界壓下率的影響效果原因：固溶量增加阻止奧氏體再結(jié)晶作用加強。第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（2）鈮、碳對中高碳鋼奧氏體再結(jié)晶晶粒度的影響圖7-6壓下率、軋制溫度對中碳鋼（加Nb與不加Nb）軋制后再結(jié)晶晶粒度的影響

圖中得到：1)壓下率愈大、所得再結(jié)晶奧氏體晶粒愈細；2)軋制溫度對奧氏體晶粒尺寸的影響較??；3)在同一變形條件下，加入鈮的中碳鋼比不加鈮的中碳鋼的再結(jié)晶晶粒細；4）碳含量對再結(jié)晶晶粒度影響較小。第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖7-7壓下率對含Nb和不含Nb中高碳鋼軋制后再結(jié)晶晶粒度的影響第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五7.2中高碳鋼控制軋制鋼材的組織狀態(tài)（1）常溫組織以鐵素體為主的鋼材(Mn<1.0%)成分：0.42％C，0.55％Mn、0.032％Ni加熱溫度：1200C普通軋制：第一階段壓下率：50%，第二階段壓下率：35％，終軋溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（1050C1000C)第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五所得常溫組織：鐵素體和珠光體；所占面積：各50%；鐵素體晶粒：8級。圖7-7-10.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb鋼的常規(guī)軋制組織（200）第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五控制軋制工藝：第一階段：壓下率：50%，最后一道溫度：再結(jié)晶區(qū)下限（1050～1100C）；第二階段軋制：終軋溫度：870C，壓下率分別為：1)35%：鐵素體晶粒比普通軋制時的鐵素體晶粒細小，珠光體變得粗大。原因：第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五

2)壓下率為50%：部分再結(jié)晶區(qū)軋制，鐵素體和珠光體基本上都得到均勻細化。3)壓下率為75%：鐵素體晶粒組織更細化、均勻，晶粒度達到12～13級。第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五中碳鋼，如Mn<1%，鋼的主體為鐵素體時，仍是鐵素體細化機理在起作用?？刂栖堉畦F素體和珠光體充分細化。

圖7-7-20.42%C-0.55%Mn-0.023%Nb鋼的控制軋制組織(a)35%;(b)50%;(c)75%第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（2）常溫組織以珠光體為主的鋼材

0.43%C，1.40％Mn鋼：普通熱軋：所得到的組織:鐵素體在即將轉(zhuǎn)變的奧氏體晶界上生成網(wǎng)狀組織?？刂栖堉?再結(jié)晶區(qū)中軋制)：奧氏體再結(jié)晶晶粒細化鐵素體及珠光體組織都得到細化。隨著變形量的增加，細化程度增加。第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五0.43%C，1.38%Mn、0.023%Nb鋼：相同條件進行控軋，存在的問題：

總結(jié):

中碳鋼（尤其加鈮鋼）低溫軋制不利。最好在奧氏體再結(jié)晶區(qū)進行充分的軋制盡量細化奧氏體晶粒。第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（3）共析鋼共析鋼控制軋制目的：珠光體團得到細化。珠光體球團尺寸取決于晶粒尺寸，隨著晶粒尺寸，珠光體球團直徑。過共析鋼控制軋制目的：珠光體球團變小，同時亦使析出的網(wǎng)狀碳化物變薄。要在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，使奧氏體晶粒細小。第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五7.3中高碳鋼的組織與力學性能的關(guān)系(1)中高碳鋼組織對性能的影響1)對強度的影響重要因素：珠光體的片層間距。

式中0為純鐵素體強度，S、0.2為材料的屈服強度，I0為珠光體的片層間距，Ky為系數(shù)。

第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五

各種強化因素對抗拉強度的影響：

第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2)對塑性的影響:圖7-10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，斷面收縮率愈大，珠光體片層間距愈小延性愈好。第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五碳化物體積和球化處理對的T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u的影響1-球化處理（粒狀滲碳體）；2-正火（片狀滲碳體）第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3)對韌性的影響：各強化因素對沖擊值轉(zhuǎn)變溫度ITT的影響：珠光體碳分沖淡系數(shù)：第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（2）控制軋制中組織性能的變化強度變化：圖7-12碳含量對控制軋制材(CR)與普通軋制材(HR)強度的影響碳量0.2%0.3%：含0.4%C以上：含0.8%C以上的鋼：第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五強度降低原因：1）珠光體的片層間距及珠光體(領(lǐng)域)的大小與奧氏體晶粒尺寸毫無關(guān)系。

圖8-13

560C（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)系第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2）溫度愈低、晶粒愈細，珠光體成核點愈多。珠光體開始轉(zhuǎn)變線和終了轉(zhuǎn)變線發(fā)生變化。

珠光體相變曲線隨化溫度的移動狀況珠光體生成溫度和層間距的關(guān)系第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五塑性、韌性的變化：圖7-12-1碳含量對控制軋制材(CR)與普通軋制材(HR)塑性、韌性的影響碳量在0.2%0.8%范圍內(nèi)，控制軋制的脆性轉(zhuǎn)化溫度低。斷面收縮率在0.20.8%C范圍內(nèi)，控制軋制材高，延伸率兩者相差不大。對0.4%C鋼，控軋材略低，對0.8％C鋼，控軋材略高。塑性決定于珠光體球團、片層間距兩個因素的迭加。第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五總結(jié)：

1)鐵素體為主的鋼，細化鐵素體晶粒來提高強度和韌性；2)珠光體為主的鋼，控制軋制使強度降低，韌性提高。對此類鋼必須采用再結(jié)晶型控軋。3)對中高碳鋼，軋后控制冷卻，使珠光體在低溫度下產(chǎn)生，得到細片層珠光體，可提高強度和韌性。第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8控制軋制中的變形抗力圖8-1-1影響變形抗力的各種參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8.1影響變形抗力的金屬學因素

8.1.1合金元素的影響圖8-10.10C-0.25%Si-1.1.%Mn鋼中微量合金元素對其熱變形強度的影響第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8-2微量合金對熱變形強度的影響微量元素Nb使變形抗力明顯增大。這些元素是通過抑制多道次軋制時的道次間的軟化過程，來對變形抗力產(chǎn)生強烈的影響。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8-31.10%Mn鋼中碳含量對熱強度的影響碳的影響：氮的影響：不會引起熱變形抗力顯著改變，但形成的氮化鋁或氮化鈦等氮化物的可引起晶粒細化。第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8.4試樣顯示出最大拉伸負荷時的變形抗力圖8.5變形率10%時鋼中含碳量對變形抗力的影響加熱溫度：1150C；變形溫度：900C；應變速率：78/s第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8.1.2晶粒尺寸的影響圖8.60.09%C-0.22%Si-1.45%Mn鋼的原始晶粒尺寸對其熱變形強度的影響加熱溫度：1150C；變形溫度：900C；應變速率：78/s圖8.7晶粒尺寸對變形應力的影響第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8.81150C加熱，鋼的應力-應變曲線圖8.9950C加熱，鋼的應力-應變曲線第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8.1.3變形條件的影響(1)變形程度的影響

(8-1)圖8.10加熱到1150C鋼的屈服應力和應變動力法則的關(guān)系圖8.11加熱到950C鋼的屈服應力和應變動力

第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五(2)變形溫度的影響變形抗力與變形溫度的關(guān)系可用下式表示：

（8-2）

式中T:變形溫度；A、：常數(shù)第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8-12碳鋼的變形抗力-溫度曲線〇-0.15%鋼，=20%；△-0.25%鋼；-0.55%鋼，=20%第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（3）變形速度的影響變形抗力隨變形速度的變化（變形速率較?。?/p>

(8-3)

Km-平均變形抗力；為平均變形速度，、為常數(shù)。

變形速度較大時（）

(8-4)第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（4）變形程度、變形溫度和變形速度的綜合影響

第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（5）變形抗力與Z的關(guān)系隨著Z值的增加，變形抗力增加。同一Z值下，變形程度增大，變形抗力也隨著增大。第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8.2形變熱對變形抗力的影響升溫量在絕熱條件下：式中Km一變形抗力；一相對變形量；j一熱工當量；c一比熱；一鋼材密度。變形抗力越大、壓下率越大，溫度上升就越高。加工升溫的結(jié)果就可能使組織發(fā)生變化。第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8.3軋制道次間變形抗力的變化圖8-220.08%C-0.22%Si-1.54%Mn-0.03%Nb鋼在多道次壓縮試驗中的應力-應變曲線（原始晶粒直徑53m）第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五圖8-23Si-Mn鋼進行三段變形實驗時的待溫時間、變形溫度對軟化度的影響圖8-24含0.03%Nb鋼的待溫時間、變形溫度對軟化度的影響第41頁，共44頁，2023年，2