ZG0Cr13Ni4Mo钢正火终冷温度的确定.pdf

4 物理测试 1 g 0 2 年第5 期 一 甚 Z GO C r 3 Ni d Mo 钢正火终冷温度的确定 。 T q ， ( 沈 阳铸造 研究所) 摘要用动力学方法分析了N j 4 钢正火挣却过程中马诧体转变， 建立 了马氏体转 变体积分数， 与温度的函数关系， 甩数学分析方法讨论了奥氏体 在相变 中的作甩l 计算出材料在相变中能承受 的最大 内应力的临界温度和临界马氏体转变量，研究分 析表明· ( 1 ) 奥氏体在相变中减步或松弛相变应力，奥民体 作用 最大对应的温度是 2 Cj ( 2 ) 1 9 3 。 C是材科承担奥 氏体向马氏体转变 内应力临界温度，( 3 ) 低于1 9 3 。 C 任舸正火终止温度并不能提高铸件机槭性能。 t 稠Z G o C 1 3 N i 4 M o ， 正 火 苍 j争 温 度 马 筛徊 ； 司 一 ' 一 1 1 前富 Z G O C r Z S Ni 4 Mo ( 简称Ni 4 ) 铸钢正火冷却过程的组织演变为奥氏体向马氏体 转变，若 正火温度在9 5 0 以上，则在7 O 以下即可在较大截面上获得马氏体 图1 )。马氏体的组 织转变伴随着的体积嘭胀可述4 6 【 ” 。然而铸态马氏体的品粒粗大， 塑性，韧性都根差， 特别是在曲奥氏体向马氏体转变时钢的强度变化很大 ( 图 2 ) 。随着铸件温度下降，其铸 9 5 0。 C 嚣 1 N l 4 锕膨胀曲缓 圈 2 Ni 锕不同正火终冷温度对力学性能影响 l 0 0 0 C2 h 正 +6 2 0 C d h回A 件 内鄙的相变应力与热 世力叠加峰值不断增 加 ， 钢的强度根限，铸钢件中直力集中点发生开裂。 槛 易述到或超过锻 的强度极 限。一 旦超过 某厂不锈钢叶片生产中，由于 正 火 冷 至 掌 i l 维普资讯 http:/www.cqvip.com i 0 1 g 9 2 年第 6 期 物理测试 5 7 0 ，产生了穿透性裂纹。所 在正火冷却过程中，除在4 0 0 3 0 0 C弹性温度之间控翩 铸件均速冷却外，还在 一 转变范围内对其相变实施控制。鉴于目前尚未 有讨 论对该相 变旖行定量控制；本文借助于动力学及数学从相变人手定量地讨论相变控制途径。 控制相变的目的是减少相变应力。相变应力与相变体积数量成正比，因而就要控制马 氏体转变量。奥氏体具有面心立方晶格，比马氏体有较多的可以开动的滑移系，在两相医 发 生 相转变时 ，奥 氏体 可阻吸收 相变应力造成 的畸 变能 ，使 相变应力得以松弛 由于在相 变区中可以看成只有马氏体与奥氏体两相存在， 那么马氏体与奥氏体的相对体积百分数， 、 ， 服 从下式 ： ， M+， =1 ( 1) 所以在计算它们 相对量时只计马氏体转变的量， ( 以下简记， ) 2动力学模型 Ni 4 钢马氏体转变具有变温马氏体的属性( 2 ) ，它具有奥氏体热稳定类型转变 ，马氏体 的形成迫使邻近奥氏体母相产生高密度的位错，从而抑制马氏体的生长，同时也不生成新 的核心。只能提供必要相变驱动力降低温度。因而，由奥氏体转变成马氏体时，马氏 体 相对量， 可以表示为温度的单值函数 ，=F( T) ( 2) 根 据如上 讨论，马氏体 相转变 时的动 力学方程 推导如下： 单位体积奥氏体形成新的马氏体数为d N，它是由相变驱动力d A G； 所致，则有t d N = 一cd AG (3) 为常 数 ，又 为新形成马氏体的平均体积有： d ，= ( 1 一， )d N ( 4) 因d A G ； ： d ( 5 ) ： 1_， ) d T 对( 5)式积 分， 。 ( ，：0 ) ( ，) ， 设 d A d G - M = C os t ，：1 一e x p C a ( M 。 一 ) ) ( 7) 其中 = ， 计算过程中， 设a 项与， 无关，实际上马氏 体相转变中，它 亦依赖于碾 度的c 6 ) 。但该方程与实际测定的相变温度与马氏体转变体积 分数 ， 数值相近 ( 表1 )。 衰 1 马氏体相生羞鹿范量内的体蒂 1 分敷 ( 7 )式可以作为普遍的变温动力学方程c ， 。 维普资讯 http:/www.cqvip.com 6 物理测试 I 9 9 2 年第 5 期 5 参数的确定 - 现有 的理论数 据难以确定a 各项 的数值 ，但可以根据式(7) 实测a 值 的大 小。设钢 中 的 马氏体与 奥氏体 两相均 匀混合 ，相变时 总的膨胀 系数 为 + ，它可以 表示 为 马 氏体的 膨 胀系数 a 与奥氏体 膨 胀系数 的代数 和 。设， 为某温度下 马氏体转 变体 积 分 数， 工为 宣 温试样长度、 ， 为某温度下试样伸长 量 ，下标 、 及 + 分别代表奥 氏体、马氏体 及这 两相构成的 。 (8) (9) ， _ 一 ( 1 0 ) 根 据实测， 代 入式 ( 7 ) 中， 即可 以确定出口= 一0 3 2 1 6 ， 。 ；2 8 2 Ic( 实际测定 3 0 0 2 8 0 ) ， 方程 (7) 与实 测数 据 相关 系数9 9 9 8 。葛 坝第一个叶片 的马 氏体转变量 的数学 表达式 为 ( 图 5) ： ，=1 一e x p C 一0 0 3 2 1 6 ( 2 8 2一T) ( 1 1 ) 7 0 2 8 2 4奥氏体作用 由前述观点 ，在 相变温度范 围之 内，只发生奥 氏体一马 氏体转变 ，而 无其 它组 织变 化 时，未转变的奥氏体 的冷却收缩及滑移将随着温度的下降，使马 氏体 的 相 变 应力得以松 弛。那厶未转变奥氏体愈多这种效果也愈明显。这里所说的未转变奥氏体并不是指奥氏体 开始转变的量，而是指在转变过程中最大限度地由奥氏体提供应力 松弛的 量 一 。即在 ( M 。 ) 内满足式 ： ： ma xC 应力橙弛 = 1 0 0 一 ， H ( 1 2 ) 根据这一 目的，寻 求使 马氏体 相变应力得以最大松弛 的奥氏体量相对 应的温度 计算如下 ： 在 ( M )区间 内，奥氏体随温度而变 化的应变 为 温 度 的单值函数F ( ) 。 则在 温 度 下 ，有( 1一， )的奥氏体 的应变为 ， =( 1 一， ) F ( ) ( 1 3 ) F ( ) 可以看 做随 温度变化的线性函数 ，实测而得。 令 = 0 ( 1 4 ) 。 w - 出， =2 5 6 时奥 氏体 的残 留量达3 6 7 ， 奥氏体 为马氏体相变提供 应力松弛能 力最大。 ， ·然而，把 =2 5 6 作为正火终止温度还不能够获得最佳冶金效果。热处理原理指出， 希望正火杏得到全部马氏体，才能 有利于以后的处理，高达3 B j 7 的奥氏体组 织 即 不 稳 定，也不利于最终性能。分析计算发现上面计算分析仅考察了奥氏体在相变时减少相变应 力的潜 力，而不能作为控 制相变 的临界参 数。 5 材料 强度允许 马氏体相 变的 临界参数 在相变过程中，随着温度 的下降，马氏体相变的量增加，相变应力增大，同时钢的强 度也随着韫度的下降而增加 ( 图 3 )。但相变应力随温度变化的幅度大于强度随温度变化 的幅度。当马氏体相变应力和热应力的叠加等于某温度下材料的强度极限 ，该温 度C T J 和该温度 下马 氏体转变 的量 ( ， 就作为控制马 氏体相变 的临 界值 。 a 1 ， 一 + 口 又 维普资讯 http:/www.cqvip.com J 9 9 2 年 第s 期 物理i 嘎 I 萄 委 框 图 3 Ni 4 钢 高温 强度 与温 度关 系 高 韫1 0 O 0 。 C2 h 抟 却不 同温 度溯量值) 嚼 4 ， 一 关系 在 温度 1 0 0 ，2 5 0 2 ) 区间内，材料的强度可以表示为： =5 1 9×1 0 一 T +1 1 7 1 +8 9 1 8 ( MPa ) ( 1 5 ) 又单向应力状态下 = e E= ( 1 6 ) 设 =· ， ( 1 ) L， 工分别为试样长度和 马氏体相变结柬后的应变量 ，把式1 5 ) ( 1 “代 A斌( 1 6 ) 有 ( 1 为弹性模量 ( 2 0 4 8 ×1 0 MP a )。表 2芜马氏终转变量与材料允许转变 量的 关 系。解 寰 2 材料量度允许马氏体辖壹量 、 t 方 程 ( 1 8 )可以得到材料允 许马 氏体转 变 的终止温度 的 临界温蘑 7 1 9 8 ，临界转 变 B9 4 2 ，此时的残余奥氏体量为5 8 ，临界应力为9 2 6 1 1 MP a 。 一 6 讨论 一 。 ( 1 ) 马氏体转变量，与温 度的函数关 系 与实 际测 得的数值有 良好 的 对 应关系( 图 f) 。 马氏体转变置， 曲线的趋向表明在正火冷却过程中马氏体转变 主要发缝在2 。 O 一l 8 D 之 维普资讯 http:/www.cqvip.com 物理测试 1 9 9 2 第 5 期 间 这期 间马 氏体 转变量 由6 2 一9 6 ，保留5 8 的奥 氏体对控 制 内应力 很有作 用。 从 1 9 3 口 ( ， )，马氏体 相变量 只增加5 8 2 。而且机 械性能无大的变 化 ，见 裘3 。 衰 5 不弼正火终冷温度下办学性能 所以就马氏体相变量对力学性能的影响，并不是正火终冷温度愈低愈好。 ( 2 ) 马氏体相变过程中，奥氏体一方面向马氏体转变提供转变源， 男一方面也由本身的 滑移变形，使相变应力减小，使品格畸变能减少。从而表现为韧塑性增加 ，强度下降。图 2中在奥氏体作用最大点2 5 6 时，各机械性能曲线均表现出拐点，尽管此时马 氍 体量已 达 6 3 3 ，奥 氏体 的作 用仍很大 。 ( 3 ) 温度由2 5 6 降到1 9 3 '：C 时马氏俸量由6 3 3 上升到9 4 2 ， 此时， 整个组织的 性 能 取决于马氏体的组织转变， 如图2 。 但终 因转变量较少， 在2 0 0 。 C 以 下的备力学性能指标变化 不大， 此阶段主要表现为热应力，相变应力及材料所能够承受的强度。 计算分析 表 明1 9 3 为正火终冷温度的临界值。低于此温度内应力将大于强度极限。 所以正火终冷温度确定在 I 9 e 2 o 0 之间 。 在Ni 4 钢大型和 异型铸钢件生产 中， 应 甩 这一原剐， 保证了大型和异型 铸 件 避免因正火冷 却造成的裂纹。 弓 ， I ， Z G O C r l 3 Ni 4 Mo 钢二次回火中逆转变奥氏 体量的控制 丁 白1 牛 ( 连 僻葱 研 咒 所 ) 捆文章讨 论- “ Ni 4 锕 目火过程中逆变奥 氏体生成规律，建 立了逆变奥氏体 量， 与词火温度昀函数关系。首辞提出两 次固火中逆变奥氏休量之问的模型，井建 立了芷 火冷却筹止温度、两 次固火强度对最终逆变奥氏悴量的多元函数关系，提出 = 投目灭最佳工艺参 数。研究鳍果表厨· ( 1 ) 最后圆火温度对逆变奥氏休量影响 j ： 子莆嗣周火温度对此影响。 2 )本砍圊火逆变奥氏休量只与上次回火 中马氏佯量 秦 Z G o C r l 3 N l4 M o 拨 些 逆 撇 氏 体 量瓣 镌佃， 关 蕾 词 ， 二 拨 闾 业 ， 逆 转 变 臭 氏 体 量号 I 辛 小 f ， I 1 前吉 fi0 C r 1 3 4 Mo 铸钢( 简称Ni 4 钢) ，在回火中出现逆转变奥氏体对该锅均最终使用性 维普资讯 http:/www.cqvip.com