形變溫度對(duì)Q235碳素鋼應(yīng)變誘導(dǎo)相變過(guò)程組織變化的影響

吳荷娟

摘 要：在熱模擬單向壓縮條件下，分析了形變溫度對(duì)Q235碳素鋼應(yīng)變誘導(dǎo)相變過(guò)程組織變化的影響。結(jié)果表明，在大應(yīng)變下，Q235碳素鋼不存在單純的形變奧氏體狀態(tài)，其組織變化規(guī)律為奧氏體動(dòng)態(tài)結(jié)晶、奧氏體動(dòng)態(tài)結(jié)晶和鐵素體誘導(dǎo)析出、鐵素體析出、鐵素體動(dòng)態(tài)結(jié)晶。碳素鋼熱加工過(guò)程的實(shí)質(zhì)是動(dòng)態(tài)復(fù)合轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：形變溫度；Q235碳素鋼；應(yīng)變誘導(dǎo)相變；奧氏體動(dòng)態(tài)結(jié)晶

中圖分類(lèi)號(hào)：TG142.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.121

碳素鋼奧氏體再結(jié)晶的溫度很低，通過(guò)形變能有效地提高鐵素體形成的溫度。這樣就會(huì)形成一個(gè)溫度范圍，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，碳素鋼奧氏體再結(jié)晶會(huì)與鐵素體的誘導(dǎo)析出同時(shí)出現(xiàn)，并且兩者會(huì)相互作用，釋放應(yīng)變能。因此，掌握奧氏體再結(jié)晶與鐵素體誘導(dǎo)析出的相互作用有十分重要的理論意義。下面簡(jiǎn)要分析形變溫度對(duì)Q235碳素鋼應(yīng)變誘導(dǎo)相變過(guò)程組織變化的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法

在此次實(shí)驗(yàn)中，使用的實(shí)驗(yàn)材料為工業(yè)Q235碳素鋼，其主要成分是0.16%的C、0.019%的O、0.023%的S、0.004 5%的N、0.019%的P。采用Gleeble1500熱模擬機(jī)進(jìn)行單向壓縮實(shí)驗(yàn)，當(dāng)工業(yè)Q235碳素鋼發(fā)生形變后，淬火固定高溫組織。淬火后，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了一些針狀的鐵素體，而造成這種現(xiàn)象的主要原因是冷速不足。這種現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在鐵素體量比較低的情況下，在高溫形變下不需要考慮這種現(xiàn)象。在工業(yè)Q235碳素鋼加熱的過(guò)程中，采用熱膨脹法測(cè)得，當(dāng)其以5 ℃/s的速度加熱時(shí)，冷卻點(diǎn)分別為780 ℃和870 ℃。最后通過(guò)苦味酸浸蝕顯示奧氏體晶粒的輪廓，采用硝酸酒精浸蝕顯示鐵素體的形態(tài)，并采用高倍掃面電鏡觀測(cè)鐵素體的形態(tài)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同組織下的形變組織

當(dāng)形變溫度超過(guò)900 ℃時(shí)，直接將試樣加熱到形變溫度；當(dāng)形變溫度低于900 ℃時(shí)，將試樣加熱到900 ℃，然后保溫240 s。保溫結(jié)束后，采用不同的冷速將試樣冷卻到變形溫度，如果形變溫度越低，其冷卻速度越快。遇到高溫形變時(shí)，組織變化大多是奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，利用苦味酸浸蝕后，可以清楚地看到等軸狀?yuàn)W氏體。同時(shí)，在奧氏體再結(jié)晶過(guò)程中，可以看到有少量的鐵素體析出，并且在960 ℃、980 ℃形變淬火試樣中，有少量的鐵素體析出，這可能是在淬火過(guò)程中形成的。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，在940 ℃下，鐵素體存在形變。這說(shuō)明，在應(yīng)力作用下，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度為940 ℃。在900 ℃下加熱，以15 ℃/s的速度將樣品冷卻到760 ℃，如果沒(méi)有出現(xiàn)形變，則過(guò)冷度大約為65 ℃。在770 ℃下，形變的鐵素體過(guò)冷度大約為170 ℃。由此可見(jiàn)，應(yīng)變比單純的快冷作用大。在高溫形變下，奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶會(huì)減少奧氏體應(yīng)變能。因此，在此過(guò)程中，找到的鐵素體剛析出溫度要比低溫形成的過(guò)冷度低。

隨著形變溫度的降低，鐵素體轉(zhuǎn)變量逐漸加大。在800 ℃未轉(zhuǎn)變區(qū)域，奧氏體為等軸狀。這說(shuō)明，奧氏體還在動(dòng)態(tài)結(jié)晶，并且鐵素體分布比較均勻，沒(méi)有形變特征。奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶具有雙重作用：①能使鐵素體分布均勻，避免留下形變痕跡；②能降低鐵素體轉(zhuǎn)變量和形態(tài)變異。在高溫作用下，奧氏體再結(jié)晶主要發(fā)揮了第一重作用；在低溫作用下，奧氏體再結(jié)晶主要發(fā)揮第二重作用。在大應(yīng)變下，鐵素體會(huì)出現(xiàn)在很低的溫度下，并且不存在單純的形變奧氏體狀態(tài)，這是碳素鋼與合金化鋼的主要區(qū)別。

2.2 不同形變量下的組織

通過(guò)對(duì)比800 ℃和900 ℃下的不同應(yīng)變量形變淬火組織可以看出，在900 ℃下，能觀測(cè)到少量的等軸鐵素體，但是，鐵素體的尺寸比較大。出現(xiàn)這種情況的主要原因是900 ℃奧氏體仍然存在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，并且?jiàn)W氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶改變了鐵素體的尺寸、分布方式和形貌。在鐵素體完全轉(zhuǎn)變前，在奧氏體內(nèi)部接近鐵素體的位置存在一些等軸區(qū)域。在奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶作用下，這些區(qū)域的含碳高度比平均高度高，可能存在不均勻應(yīng)變區(qū)。

在800 ℃下，鐵素體的轉(zhuǎn)變速度要比900 ℃鐵素體轉(zhuǎn)變溫度快。這說(shuō)明，應(yīng)變誘導(dǎo)產(chǎn)生的鐵素體作用釋放的應(yīng)變能比奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶釋放的應(yīng)變能大。在800 ℃下，應(yīng)變誘導(dǎo)相變過(guò)程的鐵素體尺寸、形狀不會(huì)受到奧氏體的影響，并且鐵素體應(yīng)變量的增加還會(huì)加快奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。在其轉(zhuǎn)變過(guò)程中，鐵素體的形態(tài)始終保持等軸狀。由此可見(jiàn)，由于奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和鐵素體析出的能力不同，所以，存在不同的組織演變規(guī)律。

2.3 形變后不同保溫時(shí)間下組織變化情況

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于碳素鋼的軋制需要很多環(huán)節(jié)，并且由高溫到低溫逐漸完成，所以，需要分析各個(gè)環(huán)節(jié)的組織變化情況。通過(guò)分析800 ℃、900 ℃下鐵素體轉(zhuǎn)變量和組織變化情況可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵素體的相對(duì)量在逐漸減少。這說(shuō)明，鐵素體逐漸轉(zhuǎn)變成奧氏體，并且在形變開(kāi)始后就發(fā)生了轉(zhuǎn)變。而出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)變的主要原因是形變誘導(dǎo)出了大量的鐵素體，并且鐵素體處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)奧氏體釋放出應(yīng)變能后，鐵素體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，但是，鐵素體不可能100%的轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在低溫形變下，平衡狀態(tài)主要為奧氏體和鐵素體的兩相組織，在等溫120 s后，可以達(dá)到預(yù)料中的組織。而隨著時(shí)間的推移，鐵素體的相對(duì)量會(huì)逐漸減少，并且不會(huì)對(duì)組織造成太大的影響。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，并沒(méi)有觀測(cè)到在應(yīng)變保溫過(guò)程中出現(xiàn)鐵素體先增加后減少的情況。

3 總結(jié)

從實(shí)驗(yàn)中可以看出，在大應(yīng)變下，碳素鋼很難找到單一的形變奧氏體組織，而是以?shī)W氏體和鐵素體兩相組織的形式存在，并且碳素鋼形變的本質(zhì)是動(dòng)態(tài)復(fù)合轉(zhuǎn)變過(guò)程，與合金化鋼有一定的區(qū)別。隨著形變溫度的降低，碳素鋼組織變化的主要規(guī)律是奧氏體動(dòng)態(tài)結(jié)晶、奧氏體動(dòng)態(tài)結(jié)晶與鐵素體同時(shí)析出、鐵素體析出、鐵素體動(dòng)態(tài)結(jié)晶。在高溫形變保溫后，鐵素體會(huì)逆向轉(zhuǎn)為奧氏體，并且轉(zhuǎn)化速度很快。

參考文獻(xiàn)

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