在变形条件下的相变

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1、 在变形条件下的相变在变形条件下的相变5.1 变形后的奥氏体向铁素体的转变变形后的奥氏体向铁素体的转变 了解不同加工形态的奥氏体向铁素体的转变过程了解不同加工形态的奥氏体向铁素体的转变过程5.1.1 从再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒从再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒 铁素体晶粒在奥氏体晶界上生成，一般在晶内不成核。铁素体晶粒在奥氏体晶界上生成，一般在晶内不成核。 所生成的铁素体有两种形态：所生成的铁素体有两种形态： 块状（等轴的）的铁素体块状（等轴的）的铁素体 魏氏组织铁素体（针状的）魏氏组织铁素体（针状的）影响魏氏组织的因素：影响魏氏组织的因素：化学成分化学成分 C% = 0.15 0.5%

2、最易形成最易形成 铌钢普碳钢钒钢铌钢普碳钢钒钢奥氏体晶粒大小奥氏体晶粒大小 奥氏体晶粒小于奥氏体晶粒小于5级（大于级（大于40m）易于形成易于形成冷却速度冷却速度 增加冷却速度，促使魏氏组织的形成增加冷却速度，促使魏氏组织的形成另：加快冷却速度可以细化铁素体晶粒，轧后快冷是有利的另：加快冷却速度可以细化铁素体晶粒，轧后快冷是有利的前提：以不产生魏氏组织为限前提：以不产生魏氏组织为限奥氏体晶粒越细，含碳量越低奥氏体晶粒越细，含碳量越低形成魏氏组织的形成魏氏组织的V冷冷越高越高 1所以，为了细化铁素体晶粒，而又不导致魏氏组织形成，必须所以，为了细化铁素体晶粒，而又不导致魏氏组织形成，必须使奥氏体晶

3、粒细化。使奥氏体晶粒细化。 21随着奥氏体晶粒的细化，铁素体晶粒也按比例地细化随着奥氏体晶粒的细化，铁素体晶粒也按比例地细化转换比转换比 转变前的奥氏体晶粒直径与转变后的铁素转变前的奥氏体晶粒直径与转变后的铁素 体晶粒直径之比体晶粒直径之比实验表明，在奥氏体晶粒细化到实验表明，在奥氏体晶粒细化到 8 9 级以后，转换比级以后，转换比接近于接近于 1 1因此，为了使铁素体晶粒进一步细化，必须在此基础因此，为了使铁素体晶粒进一步细化，必须在此基础上再进行奥氏体未再结晶区的控制轧制。上再进行奥氏体未再结晶区的控制轧制。 21 5.1.2 从部分再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒从部分再结晶奥氏体晶粒生成

4、铁素体晶粒 两种情况：两种情况： 奥氏体再结晶晶粒奥氏体再结晶晶粒 晶粒细小，在其晶界上析出的晶粒细小，在其晶界上析出的 铁素体也细小铁素体也细小 奥氏体未再结晶晶粒奥氏体未再结晶晶粒 晶粒被拉长，晶粒没有细晶粒被拉长，晶粒没有细 化，铁素体形核位置少，易形成粗大的铁素体晶粒化，铁素体形核位置少，易形成粗大的铁素体晶粒 和针状组织和针状组织 所以从部分再结晶奥氏体晶粒生成的铁素体是所以从部分再结晶奥氏体晶粒生成的铁素体是不均匀不均匀 的，降低了材料的韧性。的，降低了材料的韧性。如何改善：如何改善： 在部分再结晶区进行多道次轧制，未再结晶晶在部分再结晶区进行多道次轧制，未再结晶晶 粒承受了较大的

5、变形，晶粒被拉长，晶内出现粒承受了较大的变形，晶粒被拉长，晶内出现 较多的变形带，铁素体形核点增多，铁素体晶较多的变形带，铁素体形核点增多，铁素体晶 粒细化，整个组织的均匀性和性能都能得到改粒细化，整个组织的均匀性和性能都能得到改 善。善。 5.1.3 从未再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒从未再结晶奥氏体晶粒生成铁素体晶粒 两种情况：两种情况： 在奥氏体晶界上形成：得到细小的铁素体晶粒在奥氏体晶界上形成：得到细小的铁素体晶粒 在奥氏体变形带上形成：铁素体晶粒细小（在奥氏体变形带上形成：铁素体晶粒细小（2 10m），），成点列成点列 状析出状析出 为了获得均匀细小的铁素体晶粒，关键要得到均匀的变形

6、带为了获得均匀细小的铁素体晶粒，关键要得到均匀的变形带 未再结晶区的总变形量小，得到的变形带就少，且分布不均未再结晶区的总变形量小，得到的变形带就少，且分布不均 一般一般总总要大于要大于45% ，铁素体晶粒直径可以小于，铁素体晶粒直径可以小于5m，达到达到 12 13级级 总总相同，道次压下率相同，道次压下率i 越大，变形带越易产生，分布越均匀越大，变形带越易产生，分布越均匀 前述三种类型的转变综合起来可用图前述三种类型的转变综合起来可用图2-39表示表示 1转变可分为如下类型：转变可分为如下类型：A型：热轧后奥氏体发生再结晶，奥氏体晶粒度型：热轧后奥氏体发生再结晶，奥氏体晶粒度5级级 魏氏组

7、织铁素体和珠光体魏氏组织铁素体和珠光体 形成魏氏组织倾向：铌钢普碳钢钒钢形成魏氏组织倾向：铌钢普碳钢钒钢B型：热轧后奥氏体发生再结晶，奥氏体晶粒度型：热轧后奥氏体发生再结晶，奥氏体晶粒度6级级 等轴铁素体和珠光体的均匀组织等轴铁素体和珠光体的均匀组织 铁素体晶核基本上在奥氏体晶界上形成，原始奥氏体铁素体晶核基本上在奥氏体晶界上形成，原始奥氏体 晶粒愈细，转变后的铁素体也愈细。晶粒愈细，转变后的铁素体也愈细。 再结晶型的控制轧制再结晶型的控制轧制型：热轧后奥氏体不发生再结晶型：热轧后奥氏体不发生再结晶 1 等轴铁素体和珠光体的均匀组织等轴铁素体和珠光体的均匀组织 未再结晶型的控制轧制未再结晶型的

8、控制轧制过渡型：热轧后奥氏体发生部分再结晶过渡型：热轧后奥氏体发生部分再结晶 两种情况：两种情况： 奥氏体再结晶晶粒按奥氏体再结晶晶粒按B型型转变成细小的铁素体和珠光体转变成细小的铁素体和珠光体 奥氏体未再结晶晶粒转变成魏氏组织和珠光体奥氏体未再结晶晶粒转变成魏氏组织和珠光体 变形量大的奥氏体未再结晶晶粒按变形量大的奥氏体未再结晶晶粒按型转变成细小的铁素型转变成细小的铁素 体和珠光体体和珠光体 变形量小的奥氏体转变成魏氏组织和珠光体变形量小的奥氏体转变成魏氏组织和珠光体1220按按上述分类，铁素体细化的程度：上述分类，铁素体细化的程度： 型型B型过渡型型过渡型A型型 型最细型最细 1 细化晶粒

9、的途径：细化晶粒的途径：采用采用B型型，细化再结晶奥氏体晶粒以获得细晶粒，细化再结晶奥氏体晶粒以获得细晶粒 铁素体铁素体采用采用型型，在奥氏体未再结晶的温度内进行强压，在奥氏体未再结晶的温度内进行强压 下，生成细晶粒铁素体下，生成细晶粒铁素体图图2-41表示不同钢材变形表示不同钢材变形75%时的轧制温度与转变类型时的轧制温度与转变类型之间的关系之间的关系。 1实际生产要想在一道次中达到实际生产要想在一道次中达到75%的变形是不可能的。的变形是不可能的。奥氏体未再结晶区变形累积，经过多道次变形可以达到奥氏体未再结晶区变形累积，经过多道次变形可以达到75%甚至更大的变形量。甚至更大的变形量。前提：

10、奥氏体未再结晶区的温度区间要大前提：奥氏体未再结晶区的温度区间要大在含铌、钒、钛等微量元素的钢中易实现在含铌、钒、钛等微量元素的钢中易实现普通的低碳钢要实现普通的低碳钢要实现型型控制轧制困难较大控制轧制困难较大15.2 变形条件对奥氏体向铁素体转变温度变形条件对奥氏体向铁素体转变温度A r3的影响的影响5.2.1 测定变形条件下测定变形条件下A r3温度的方法温度的方法1. 利用相变过程中材料发生的物理变化来测定利用相变过程中材料发生的物理变化来测定 冷却曲线法：相变时因放热使冷却速度变化冷却曲线法：相变时因放热使冷却速度变化 膨胀法：膨胀法： 相变时材料体积发生膨胀变化相变时材料体积发生膨胀

11、变化2. 利用材料组织性能的变化测定利用材料组织性能的变化测定 织构法：在铁素体中轧制时产生织构法：在铁素体中轧制时产生100、111织构织构 硬度法：不同区中轧制时材料硬度变化硬度法：不同区中轧制时材料硬度变化 金相法：用显微镜观察材料是否析出铁素体金相法：用显微镜观察材料是否析出铁素体5.2.2 变形条件对变形条件对A r3温度的影响温度的影响变形对变形对A r3温度的影响有两种情况温度的影响有两种情况在奥氏体再结晶区变形：奥氏体晶粒细化在奥氏体再结晶区变形：奥氏体晶粒细化影响影响 A r3温度温度在奥氏体未再结晶区变形：变形带的产生、畸变能的增加在奥氏体未再结晶区变形：变形带的产生、畸变

12、能的增加 影响影响 A r3温度温度 （称为形变诱导相变）（称为形变诱导相变）1加热温度的影响加热温度的影响 加热温度越高，原始奥氏体晶粒越粗大，加热温度越高，原始奥氏体晶粒越粗大， A r3温度就越低温度就越低2轧制温度的影响轧制温度的影响 5在高温侧，随在高温侧，随 T轧轧， A r3，上升最高达上升最高达100，达最高点，达最高点后随后随T轧轧， A r3 如图如图2-38 3变形量的影响变形量的影响， A r3 低温变形时变形量对低温变形时变形量对A r3 的影响较大的影响较大 64冷却速度的影响冷却速度的影响 V冷冷， A r3 5 65.2.3 相变温度相变温度A r3变化对组织结

13、构的影响变化对组织结构的影响铁在铁素体区中的自扩散系数比在奥氏体中高一个数量级铁在铁素体区中的自扩散系数比在奥氏体中高一个数量级在同一温度下处于铁素体状态晶粒的长大要容易的多在同一温度下处于铁素体状态晶粒的长大要容易的多在奥氏体再结晶区变形，由于奥氏体晶粒细化在奥氏体再结晶区变形，由于奥氏体晶粒细化 导致导致A r3 轧后快冷轧后快冷 铁素体成核率铁素体成核率 、晶粒细化、晶粒细化 阻止铁素体晶粒过分长大阻止铁素体晶粒过分长大奥氏体未再结晶区变形，形变诱导相变奥氏体未再结晶区变形，形变诱导相变 导致导致A r3 由于轧制促进了相变，使铁素体的成核率大大提高，形成由于轧制促进了相变，使铁素体的成

14、核率大大提高，形成 了许多微细的铁素体，而且，了许多微细的铁素体，而且，F% ，P% 图图2-43示出了珠光体量随轧制温度的变化示出了珠光体量随轧制温度的变化 5 分为三个阶段：分为三个阶段：阶段：相应于阶段：相应于A型相变，珠光体团大且数量多型相变，珠光体团大且数量多 1 随轧制温度的降低而减少随轧制温度的降低而减少阶段：相应于阶段：相应于B型相变，珠光体量变化很小型相变，珠光体量变化很小 由于形成了均匀的铁素体由于形成了均匀的铁素体+珠光体组织珠光体组织阶段：相应于阶段：相应于型相变，珠光体量有所减少型相变，珠光体量有所减少5.3 铁素体的变形与再结晶铁素体的变形与再结晶5.3.1 铁素体

15、热加工中的组织变化铁素体热加工中的组织变化铁素体热加工的真应力铁素体热加工的真应力-真应变曲线真应变曲线 1与与奥氏体热加工的真应力奥氏体热加工的真应力-真应变曲线的最大不同点：真应变曲线的最大不同点： 不出现应力峰值不出现应力峰值动态软化方式：动态回复与动态多边化动态软化方式：动态回复与动态多边化 没有动态再结晶没有动态再结晶 随随，铁素体晶粒被拉长，但晶内仍为等轴的亚晶铁素体晶粒被拉长，但晶内仍为等轴的亚晶在稳定阶段亚晶的尺寸与变形量无关在稳定阶段亚晶的尺寸与变形量无关 d-1 = a + blogZ这说明在热加工过程中铁素体的亚晶不断的产生，又不断的原这说明在热加工过程中铁素体的亚晶不断

16、的产生，又不断的原地消失，位错的增殖速度与消失速度保持平衡地消失，位错的增殖速度与消失速度保持平衡 5 65.3.2 在变形间隙铁素体发生的组织变化在变形间隙铁素体发生的组织变化铁素体在变形间隙将发生静态回复与静态再结晶软化过程铁素体在变形间隙将发生静态回复与静态再结晶软化过程 s 时，发生静态回复时，发生静态回复 s 时，发生静态再结晶时，发生静态再结晶变形量对静态再结晶有影响变形量对静态再结晶有影响 st 时，随时，随，再结晶驱动力不断增加，再结晶速度大再结晶驱动力不断增加，再结晶速度大 大加快大加快 6 st 时，随时，随，静态再结晶速度维持一定。达到稳定阶段静态再结晶速度维持一定。达到

17、稳定阶段 后，位错的增殖速度与对消速度相平衡，再结晶的后，位错的增殖速度与对消速度相平衡，再结晶的 驱动力维持恒值驱动力维持恒值st 流变应力达到稳定阶段时的最小应变量流变应力达到稳定阶段时的最小应变量 1铁素体再结晶后的晶粒大小：铁素体再结晶后的晶粒大小： 1 st 时，变形量增大再结晶晶粒不断细化时，变形量增大再结晶晶粒不断细化 st 时，变形量对再结晶晶粒尺寸的作用时，变形量对再结晶晶粒尺寸的作用 逐渐减弱，直到最后不发生作用。逐渐减弱，直到最后不发生作用。 5 65.4 在两相区（在两相区（A+F）轧制时组织性能的变化轧制时组织性能的变化在两相区轧制时奥氏体和铁素体都发生变形在两相区轧

18、制时奥氏体和铁素体都发生变形变形奥氏体：铁素体晶粒在变形带和晶界上成核，细小等轴变形奥氏体：铁素体晶粒在变形带和晶界上成核，细小等轴变形铁素体：晶粒被拉长，晶内产生细小的亚晶，位错密度高变形铁素体：晶粒被拉长，晶内产生细小的亚晶，位错密度高含铌、钒、钛的钢：在低温区形变诱导析出碳化物含铌、钒、钛的钢：在低温区形变诱导析出碳化物两相区轧制，有利于屈服强度增加（析出物增加，铁素体亚晶两相区轧制，有利于屈服强度增加（析出物增加，铁素体亚晶量多且细小，位错密度增高等），同时，易形成织构，材料量多且细小，位错密度增高等），同时，易形成织构，材料的各向异性增加。的各向异性增加。1.奥氏体向铁素体转变有几种类型奥氏体向铁素体转变有几种类型?哪种类型的转变哪种类型的转变2. 能得到细小的铁素体晶粒能得到细小的铁素体晶粒 ?3.2. 变形参数对奥氏体向铁素体转变温度变形参数对奥氏体向铁素体转变温度A r3有何影有何影响响?4.3. 采用怎样的工艺才能获得最细小的铁素体晶粒采用怎样的工艺才能获得最细小的铁素体晶粒?5.4. 试比较奥氏体和铁素体的真应力试比较奥氏体和铁素体的真应力-真应变曲线真应变曲线 .