鋼的TTT曲線測(cè)定方法研究

趙 玥

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

鋼的TTT曲線測(cè)定方法研究

趙 玥

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

選取了一種軋輥用鋼作為試驗(yàn)用鋼，測(cè)定了它的TTT曲線，然后選擇750℃、725℃、700℃和675℃四個(gè)溫度，在與等溫轉(zhuǎn)變過程相同的試驗(yàn)條件下分別進(jìn)行DSC分析和高溫XRD殘余奧氏體含量分析，然后將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。研究表明，與膨脹法相比，DSC法測(cè)定的組織轉(zhuǎn)變開始和結(jié)束時(shí)間較早；與杠桿法相比，在同一時(shí)間，高溫XRD分析法測(cè)定的組織轉(zhuǎn)變量較大。因此，采用膨脹法和杠桿法測(cè)定TTT曲線還需結(jié)合DSC分析法和高溫XRD分析法，方可精確測(cè)定鋼的TTT曲線。

TTT曲線；測(cè)定方法；DSC；XRD

基于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 13—1997的規(guī)定，目前測(cè)定鋼的TTT曲線主要采用膨脹法，根據(jù)膨脹曲線上的拐點(diǎn)確定轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，再根據(jù)杠桿法計(jì)算組織轉(zhuǎn)變量達(dá)到某一百分比時(shí)的時(shí)間，整個(gè)過程受主觀因素影響較大，不同試驗(yàn)人員測(cè)得曲線的結(jié)果存在一定的差別，因此不能精準(zhǔn)、客觀地反應(yīng)鋼的真實(shí)等溫轉(zhuǎn)變過程。而TTT曲線在制定鋼的熱處理工藝中有非常重要的參考價(jià)值，所以它的準(zhǔn)確性直接影響著熱處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)而最終決定著鋼的性能[1]?；谝陨犀F(xiàn)狀，本研究采用其他實(shí)驗(yàn)手段輔助分析確定組織轉(zhuǎn)變時(shí)間和轉(zhuǎn)變量，以期提高曲線測(cè)試精準(zhǔn)度，進(jìn)一步提高其對(duì)熱處理過程的參考性。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以一種回火態(tài)軋輥用鋼作為試驗(yàn)用鋼，其主要成分范圍如表1所示。

表1 試驗(yàn)用鋼主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Main chemical composition of steel used for test (Mass, %)

1.2 試驗(yàn)條件及方法

1.2.1 TTT曲線的測(cè)定

以YB/T 130—1997作為試驗(yàn)依據(jù)，利用淬火相變儀測(cè)定試驗(yàn)用鋼的臨界點(diǎn)及其在各個(gè)等溫溫度下保持得到的等溫轉(zhuǎn)變曲線，試樣尺寸為?3 mm×10 mm，奧氏體化條件為：950℃，保溫20 min。等溫溫度分別為775℃、750℃、725℃、700℃、675℃、650℃、625℃、600℃、385℃、375℃、350℃。然后將等溫試驗(yàn)后的試樣在金相顯微鏡下分析，確定各個(gè)等溫溫度得到的轉(zhuǎn)變組織，采用杠桿法分別計(jì)算出珠光體轉(zhuǎn)變量為50%和貝氏體轉(zhuǎn)變量為10%時(shí)的轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)并繪制在曲線圖上。杠桿法計(jì)算組織轉(zhuǎn)變量的原理及計(jì)算公式如圖1和式(1)所示。

圖1 等溫轉(zhuǎn)變膨脹量-時(shí)間關(guān)系曲線Figure 1 Isothermal transformation expansion-time curve

式中，ΔQ為τ時(shí)刻奧氏體的轉(zhuǎn)變量；ΔL為τ時(shí)刻的膨脹量(mm)；L為f點(diǎn)的膨脹量(mm)；A為f點(diǎn)時(shí)未轉(zhuǎn)變的奧氏體量。

1.2.2 差示掃描量熱法(DSC法)測(cè)定等溫轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)

分別選取750℃、725℃、700℃和675℃四個(gè)溫度進(jìn)行等溫試驗(yàn)，奧氏體化條件、等溫保持時(shí)間等試驗(yàn)條件均與測(cè)定TTT曲線時(shí)一致，利用同步熱分析儀進(jìn)行等溫保持過程中熱流曲線的測(cè)定，試樣尺寸為?3 mm×3 mm。試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)熱流曲線上放熱峰的位置確定奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。

1.2.3 高溫XRD確定等溫轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變量

分別選取750℃、725℃、700℃和675℃四個(gè)溫度進(jìn)行等溫試驗(yàn)，奧氏體化條件與測(cè)定TTT曲線時(shí)一致，利用X射線衍射儀進(jìn)行高溫XRD試驗(yàn)，試樣尺寸?16 mm×0.8 mm。在等溫保持過程中，分別在等溫溫度下保持10 min、60 min、120 min時(shí)進(jìn)行XRD掃描，然后根據(jù)XRD衍射曲線測(cè)定各個(gè)等溫溫度及不同等溫時(shí)間下的殘余奧氏體含量，進(jìn)而得到珠光體的組織轉(zhuǎn)變量，試驗(yàn)方法參考YB/T 5338—2006。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 TTT曲線測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)用鋼的TTT曲線測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

2.2 組織轉(zhuǎn)變時(shí)間的確定

在等溫膨脹曲線和等溫?zé)崃髑€上分別確定出試驗(yàn)選取的等溫溫度下奧氏體→珠光體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，在選取的4個(gè)溫度下進(jìn)行 等溫轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)，根據(jù)熱流曲線確定的組織轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)較早，而根據(jù)膨脹曲線確定的組織轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)較滯后，這是由于DSC法對(duì)于組織轉(zhuǎn)變過程中熱信號(hào)采集的靈敏度要大大高于膨脹法測(cè)定組織轉(zhuǎn)變過程中膨脹量的變化。因此，采用DSC法測(cè)定等溫組織轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)可以提高TTT曲線的測(cè)試精準(zhǔn)度。

圖2 試驗(yàn)用鋼的TTT曲線Figure 2 TTT diagram of steel used for test

溫度/℃開始時(shí)間/s結(jié)束時(shí)間/s膨脹法DSC法膨脹法DSC法75072570067593878590012084404373824321865750001824756719102964139497313572

表3 不同等溫溫度和時(shí)間下計(jì)算得出的組織轉(zhuǎn)變量Table 3 Structural transformation quantity calculated under different isothermal temperature and time

2.3 等溫組織轉(zhuǎn)變量的確定

基于等溫膨脹曲線由杠桿法計(jì)算在某時(shí)刻的組織轉(zhuǎn)變量，與高溫XRD測(cè)定殘余奧氏體法確定的組織轉(zhuǎn)變量，對(duì)比結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，同樣地，在選取的4個(gè)溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)，在等溫過程的某個(gè)時(shí)刻，根據(jù)等溫膨脹曲線由杠桿法計(jì)算得出的組織轉(zhuǎn)變量較少，組織轉(zhuǎn)變較滯后。而由高溫XRD法計(jì)算得出的組織轉(zhuǎn)變量較大，轉(zhuǎn)變開始時(shí)間較早。由式(1)可見，杠桿法計(jì)算過程中涉及的變量ΔL、L、A均由主觀選取確定，計(jì)算結(jié)果的不確定度為各個(gè)變量不確定度的累加結(jié)果，誤差較大。而高溫XRD法測(cè)定殘余奧氏體法計(jì)算等溫組織轉(zhuǎn)變量的不確定度不存在累加，誤差較小。因此，采用高溫XRD法測(cè)定等溫轉(zhuǎn)變過程的組織轉(zhuǎn)變量可以提高TTT曲線的測(cè)試精準(zhǔn)度。

3 結(jié)論

(1)基于YB/T 130—1997測(cè)定了試驗(yàn)用鋼的TTT曲線，并以膨脹法和杠桿法為依據(jù)確定了等溫組織轉(zhuǎn)變的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間及其在某一時(shí)刻的組織轉(zhuǎn)變量。

(2)選取750℃、725℃、700℃和675℃四個(gè)溫度分別測(cè)定了等溫?zé)崃髑€，并根據(jù)曲線上熱流的變化確定出等溫轉(zhuǎn)變的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。與膨脹法測(cè)定結(jié)果相比，靈敏度較高，組織轉(zhuǎn)變開始和結(jié)束時(shí)間較早。

(3)分別選取750℃、725℃、700℃和675℃四個(gè)溫度，并于等溫過程的10 min、60 min、120 min時(shí)進(jìn)行高溫XRD殘余奧氏體含量分析進(jìn)而得到等溫組織轉(zhuǎn)變量。與杠桿法計(jì)算結(jié)果相比，同一時(shí)刻組織轉(zhuǎn)變量較大，組織轉(zhuǎn)變開始時(shí)間較早。

(4)以膨脹法和杠桿法為基礎(chǔ)測(cè)定TTT曲線，并結(jié)合差示掃描量熱法和高溫XRD分析方法對(duì)等溫過程中組織轉(zhuǎn)變時(shí)間和組織轉(zhuǎn)變量進(jìn)行修正，可以在一定程度上降低主觀因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，進(jìn)而提高TTT曲線的測(cè)定精度，為熱處理工藝的制定提供更具參考價(jià)值的試驗(yàn)依據(jù)。

[1] 崔忠圻，覃耀春. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2014：239-240.

編輯 杜青泉

Research on Test Method of TTT Diagram of Steel

ZhaoYue

A steel that used for making rollers has been chosen for test and its TTT diagram has been measured. DSC analysis and XRD analysis of retained austenite content have been separately performed under test condition as same as the isothermal transformation process at temperature 750℃, 725℃, 700℃ and 675℃, and then we have the test results compared. The research shows that comparing to expansion method, both the start and the finish of structural transformation are earlier by DSC method. As comparing to the lever method, during the same period of time, the quantity of structural transformation was determined larger by high-temperature XRD method. Therefore, it is necessary to combine DSC analysis method and XRD high-temperature method to determine TTT diagram by expansion method and lever method.

TTT diagram, determine method, DSC, XRD

TG151.3

B

2017—05—03

趙玥(1985—)，女，工程師，碩士，從事材料物理及力學(xué)性能分析測(cè)試方法研究。