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1、钢件粗大组织遗传规律及改进方法的研究 范钟明 摘要 本文用 金相显微分 析法考察了钢件的原始组 织状 态 、 加热 速度 、 临界淬火温度 、 在亚临 界区? ?, 一? ?。?内停留的 温度及 停留时 间 、 冷却速度 、 冷塑性变形等工艺因素对? ? ? ? ? 钢件在反向加热时发生 的组织遗传的影响 。 结合近年来非平衡态钢加热转变的研究成果 , 对 组织遗传性的机理 进行了一定的讨论 , ?司时对 苏联 学者? 口 ? ? ? ? 。、 ? ? ?。 ” 等有关钢 的组 织遗传现象和规律 进行了某些 补充 , 对遗传机理 、 奥 氏体 自发 再结晶过程 、 相变过程中产生 的三种无 序
2、效 应?无 特定位 向关系?等方 面提 出了白己的看法 。 为进一步寻 求可靠 而简便的 预防和改正钢件粗 大组织的遗传 , 提供 一些依据和方 法 。 一 、 绪 、 两 在许多腊舶机械零件 、 动力机械零件 、 化工机械零件以及其它机械零件的生产过 程中 , 越来越多地发现 , 有 许多贵重的合金钢件 , 在经锻轧 , 焊接 、 铸造或 热处 理后 , 顽固地保留 着原材料或前 续热加工所遗留的粗大组织 , 显著 降 低了零件的机械性能和工 艺性能 。 这种粗 大的组织一旦在零件中重复出现 ?即所谓 粗大组织 的遗传?以后 , 就 很难按 通常的工艺方法 给予改 正 , 甚至造成了零件的报
3、废和 经济 上的损失 门 , “一碑 “? 。 从最 近 的许多研究工作 和机器零件的失效检验 与分析中可以看 到 , 类似 的粗大组织的复原 ?遗传? , 不仅对合金钢 零件 , 就是对于 应用最多的碳钢零件也存在 。 因此探索钢件在各种 热加工过程中造成 租大组织复原 ?遗传? ?狗规律 , 找出预防和改正 粗大组织遗传的方 法 , 不仅仅是研究金属材料固态相变理论的 一个重 要方 面 , 而且对在生产 中保证和提高许多重 要零件的性能 , 变废为主 , 是值 得加以重视的 。 二二 、 试验材料和方法 试验用钢的化学成分及临界点 钢钢 种种 一 ?一上学一生 一 丝件 一 万一 一? ?
4、巡一汽 一竺 甲 一一 奥 氏体化 化 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一?一尸 件生巴三过些里 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?, , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。 ? ? ? ? ? ? ?, “ ? “? ? ? ? 。 ? ? ? ? ? ? ! # # #? ?。 ? !? ? ? ? ? ?
5、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一? 一一 一 ? ? ? 一 、 ? 了、 一 分 一 ? 一 ? 作者单位 ? 武汉水运工程学 院 ? 试验用国产? ? ? ? ? ?钢 , 其化学成分列于上表 ? 试样取自经过改锻的圆钢 。 全部试样在经加工成形后分别以所规定的工艺规范进行热处 理 。 试样尺寸及热处理方法 ? 快速加热 在? ? 一? ? 型电阻对焊机上采 用大电流冲击 式快速加热方法进行试验气 加热速度可在 ? ? 一? ? ? “? ?秒内调节 , 焊 接端部 ?截取样品处?的加热温度最高可达 ? ? ? ? ?左右 。 快速加热试
6、样尺 寸如 图?所示 。 ? 慢速加热 ? 试样用小? ? ? ?普通金相试 样 , 加热在高温箱式电炉中进行 , 升 温速度采用多级短时等温方法来控制 , ? ? ?分 。 ? ?中速加热 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 口? ? ? ? ? 自? 州州 仁 一 一? 拐二为? ? ? 三三三二二二一一一二戈左欢欢 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图? 快速加热用试样尺寸 平均加热速度 可 控制在 ? 。? ? ? 分 , ? “? ? 分及 试样用小 ? 普通金相试样 , 在箱式电炉中进行加热 ? 各种试样经各种所需热处理后的金相组织显示法可参见资 料 “?“要 。 显
7、微 分 析 在 ? ? !?型卧式 显微镜下进行 。 三 、 试验结果及讨论 有序的针状奥氏体?丫 , ?的形成 , 导致级倪加热速度下发生组织遗传 “一。“? 原始组织为马氏体的钢 , 以缓慢 牛 卜 状? ? ?品粒 聚合晶拉 回复了的 ? 图 ? 粗大?晶粒的形成过程 的加热速度加热到? 。 , 以上 , 马氏体 将回复成粗大板条状的铁素体? ? 区 , 在原板条马氏体的边界上有未溶 的点列状渗碳体?的 , 以此为衬基 , 在条界上析出大量 的彼此平行的 , 与 板条马 氏体有特定取向关系?一?关 系?的细钎状奥氏体? ? 。 ? , 与未转 变 的?相组成类似珠光体形态的片层 状组织
8、?。 随着加热时间的延 长和 温度的升高发生? ? 沿条向伸长 , 同一板条束内位向相同的丫 ? 在板条宽度方 向上彼此汇合成一 体或沿宽度方向成长?共振形核 “ 。?, 直 至加热到? 。 ? 以上温度 , 由于大量丫 。 的成长汇合比 由我院焊接实验室协助进行 。 重新形成位向不同的新 晶粒所需的能量要低得多 “, 结果就恢复了原奥氏体晶粒的大 小 , 形状和位向 ?部分? , 造成了外平衡原始组织晶粒的遗传现象 ?” ? ”。 这一 进行过 程可 用?图 ?所示的示意图来表示 。 从金相组织 分析中 , 也可以看 到符合 上述变化的结果 。 加 热速度越 缓慢 ” , 遗仁织 织 越明显
9、 。 晶粒内部? , 的外形十分 清楚 。 当加热速度 增加 时 , 原奥 氏 沐品界上 , 还可形成与马 氏体无取向关系 的球状奥 氏体 ?丫 ? ? 。 资料 ?“ “认为, 在以缓慢速度加热时 , 钢 中的碳和部分合 金元 素的原子扩散到马氏 体条间和束间 , 与位 错发生作用 , 巩固了原马氏体板条的结晶单取 向 , 使它不易发兰 再 结 晶 , 从而促使平行于原马氏体板 条并保持?一?关系的丫 。 形成 , 长大 , 合并 , 而导致粗大组 织遗传 。 由此看来 , 在? 。, 一? 。? 区间低温域内停留 , 将有助于加强碳及合金元素原来的这 种作用过程 , 增强组织遗传倾向 。
10、见图 ? ? ? 所示 。 而在? ? 一? ? ? 区间高温域停留 , 则将 发生点列状渗碳体的全部溶解和 ? 相 的再结晶过程 , 此时 形成与原马 氏体板条保持?一?位向 关系的丫 ? 的条件已不复存在 , 而给任意结 晶单取向的球状奥氏体?丫 。? 的形成提供了可能 。 致使组织遗传倾向下降 , 甚至消失 , 见图 ? ? ?所示 。 但在接近? ?。左右的高温域停留时, 因此 时粗大的丫 、 巳经稳定形成 , 所以对破坏组织遗传性已不起作用 , 如?图? ?所示 。 ? ? 无序的球状奥氏休 ?丫 ? ?的形成 , 将破坏组织遗传 ?“ “, “。 从 缓慢 的加热速度? ? ? ?
11、 ?分?逐 渐增 加加 热速度 或提 高加热 温度 , 将 会看到在原奥 氏体晶界 , 嵌银块界或 板条马氏体的板界等有利部位 , 形成任意取向的奥 氏体晶核 并民大成 细小颗粒状奥氏体?丫 ? ?晶粒 。 而在原奥氏体晶粒内部的原马氏体板条 的条界上 由于仍保持 有序转变相? 。, 从 而得到丫 ? 与丫 ? 的混 合组织?见图 ? 所示? 。 随着加热条件的变化 , 、如增加 加热速度或升高加热温度 , 当达到某个适当数值时 , 形 成? ? 的转变过程将充分进行 “ , ? 且?, 丫 ? 将消失 , 从而可以得到全部是 取向任意的大家所熟知的细晶粒颗粒状奥 氏体 。 至此 ? 原始 组
12、织的遗传性遭到破坏 。 见 图 ? ? ? 、 ?图? ? 所示 。 为大量实验 所证实的升高加热温度 ?图? , 增加 加热速度 , 一定 温度下的预 回火?图 ? , 在亚 温区高温域的停留以?图 ? 及塑性变形 ?图?等 等处理 , 对破坏组织遗传是行 之有效的 。 因为这些处理办法均能打乱奥氏体向丫 ? 的有序转变过程 , 而促进无特 定位间关系 的无序的丫 ? 的形成 , 也就是促进了组织遗传部分地或全部消除 。 原始组织为非平衡态的钢 , 在一定的加 热条件下出现组织 的遗 传币原始组织为平往态的 钢 , 则 在任何加热条件下均不发生组织遗传 , 原因也在 于 ?, ?转变不具特定
13、位向关系 , 从 而割断了 ? , 和 ? 产的取向联 系 , 即不具备丫的形 成条件 。 平 衡组织的奥氏休化按 一般的栩变 重结晶机理进行 , 获得细 晶组织 , 而与原始晶粒大小及 加热 条件关系不大 。 ? ? 极快速度加热时易 出现组 织遗传的机理 以极快的速度对 钢进行重复加热淬火时 , 钢将出现明显的组织遗传 , 而且加 热 速 度 越 快 , 组织遗传越明显 , 如?图 ?所示 。 至于快 速加 热所 致遗 传的机理 , 看 来说法差 别较大 。 马氏体逆相变造成快速加热条件下 的组织遗传 ,” “有待实 验进一步证实 。 有人 ”“ ” ? ?用金 相及? 射线结构分析证实
14、, 快速加热淬火钢 时 , 不仅恢 复了 一 钢第一次加热所获得的奥氏体称 ?淬火后 的马 氏体称? ? 钢第二次加热所获得的奥氏体称 ? 淬火后的马氏体称? ? ? 系 ?, 晶粒的尺寸 , 形状 、 取向 , 而且恢复了淬火时马 氏体晶 粒群所具有的那些特性 。 淬火下 来 , 所得到的 马氏体也与原马 氏体完全一样 ?, 此 即发生组织遗传 。 资料 ? 认为正的 ?丫一? ? 和逆的? ?, 丫? 转变中观察到的奥 氏体单晶的恢复 是残 余奥氏体?丫 ? ?的作用 , 并把所看到的结晶可逆性看作是在有序的衬 基 上结晶 的结果 。 资料 ?则提出了丫 ? 起了决定性的作用 , 认为如
15、果有丫 ? 存在且在加热过程中不发生分解 , 则只要 加热到临界点以上 , 这些 ? 。就是现存的核 心, 由这些核 心成长 起来 , 必然恢复原奥氏体晶 粒 。 如丫 ? 在加热前回火过程中或在 低于临界点的慢速加热过程中发生 了分解 , 这种转变就不可能出现 。 淬火成贝氏体 ?时 , 将保留较 多的丫 ? 且较稳定 , 这一转变就容易 进行 。 但是资料? ? 持相反观 点 。 从金相组织看 , 我们倾向于前 一种推测 。 关于加热速度对非平衡态组织 加热淬火后所得到的组织的影响 , 可归结为 ?图? ? 所示 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图?非平衡态钢加热速度对转变所得
16、组织的影响示意图 ? ? 有序与无序转变并列进行时的组 织遗传现象 ? 在原始组织是平衡组织与非平衡组织共存时 , 有序与无序转变并列进行 , 最终结果即组 织遗传出现与 否 , 取决于谁吞噬谁 。 工作 ?做了以马氏体 ? 加珠光体 ? ? ?为原始组织的试验 , 在奥氏体化初期 ?低 温域? , ?有序转变为奥氏体?丫? , 慢速加热时使丫吞并? , ? 靠边界向?方向移动而形 成 , 即新相丫是在 “衬 基”上产生的大角度的非共格界面? ?与?之间?起着通道作用 、 它使新相 长大所必需的扩散加快 。 与此 同时 , ?中产生独立形核 的丫 , 在最终产生遗传后 , 可 在恢复 了的丫内部看到?中独立的丫晶核 。 所以有人认 为 无 序转 变的发 展程度 取决于衬基 上的 结 晶速度和 丫在?中独立长大速度的对比关系 。 我们作了类 似的
