2 讨论 2. 1 奥氏体晶粒度的控制
实际生产中 ,控制好钢在处理后奥氏体的晶粒 度具有重要意义 ,因为它是影响钢的力学性能好坏 的主要因素之一 。为了获得优异的热轧工艺性能 , 必须将钢加热到 1 000～1 200 ℃,得到的晶粒比较 粗大 、成分分布相当均匀的奥氏体 ;为了使金属制品 具有优良的力学性能 ,其奥氏体化温度应低于它的 晶粒急剧长大温度 ( T G) 。对于 65 钢或 65Mn 钢来 说应低于 950 ℃。 2. 2 先共析铁素体析出形态与共析转变
如将上述组织的试样轻轻磨 (或抛光) 去 7μm 、 再经硝酸酒精溶液浸蚀后 ,其显微组织如图 4a 所 示 ,图 4b 为磨去 35μm 后的情况 。视场中均可看到 3 个显微硬度头压痕 ,黑视场中左 边为块状铁素体 ,从中部到右边 ,由块状逐渐变成网 状铁素体 。由图 4 表明 ,真空高温加热时 ,65 钢试
图 3 65 钢经真空热处理后的室温 组织 (未浸蚀) ×500
差异 ,它反映出原高温时粗大奥氏体的晶界 ,沿奥氏 体晶界两侧析出先共析铁素体 (或沿晶界析出) ,呈 块状或呈网状分布的特征 ;其后是片层状珠光体的 析出 。图 3 中左下角及中下部分可以清晰地看到原 奥氏体晶界及孪晶界 ,黑色块状为先共析铁素体 ,它 从奥氏体晶界两侧或一侧析出和长大 ,中下部的白 色块也是铁素体 。视场中大部分面积为共析转变产 物 ,即片层状珠光体 ,它的颜色在不同区域内是不同 的 ,中右部分呈亮白色条纹状 ,左上角部分呈深浅不 同的黑色 。看来 ,片层状珠光体形核地点一般在原 奥氏体晶界或其交角处 ,亦可在已析出的铁素体或 珠光体边际处形核 ,然后向奥氏体晶粒内部长大 ,似 乎珠光体长大时一般不越过原奥氏体晶界 。对于 65 钢来说 ,珠光体形成的领先相是铁素体 。
图 5 65Mn 试样经真空热处理后 形成的魏氏体 ×400
(1 000 ℃真空加热 、降至 900 ℃再用高纯氩气 吹冷到室温 ,试样表层磨去 4μm 后再浸蚀)
为显微硬度压痕) 。它的形状又类似鱼骨 ,故又称鱼 骨状魏氏体 ,它是亚共析钢中先共析铁素体析出的
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图 1 65 钢在真空条件下加热到不同温度时奥氏体晶粒长大现象 ×200
1. 2 65 钢奥氏体晶粒长大动力学分析
现孪晶的温度亦高于后者 ,其原因与 65 Mn 中含锰
从不同加热温度 (保温时间相同) 下拍摄的照片 量较高有关 。
中可求出奥氏体晶粒的平均面积 (μm2) ,从而可绘 1. 3 真空热处理后的室温组织及剥层分析
65 钢 (65Mn) 广泛用于制造钢丝绳及弹簧等金 属制品 ,深入研究其热处理过程中组织转变的规律 , 阐明其力学性能与其组织转变的关系有重要意义 。 有关《65 Mn 钢奥氏体晶粒长大与孪晶的动态观察》 已在本刊 2002 年第 6 期中介绍过 ,本文重点研究 65 钢在真空加热和冷却时的组织转变规律 。
第29卷 第3期 Vol129 No13
金 属 制 品 Steel Wire Products
2003 年 6 月 J une 2003
65 钢在真空加热及冷却时的组织转变
苏德达 Ξ
(天津大学 300072)
摘 要 用高温金相显微镜连续观察了 65 钢奥氏体晶粒的长大过程及高温奥氏体孪晶的形成 ,分析了该钢 试样加热及冷却后的室温组织 ,并用剥层分析法阐明了试样表层的脱碳现象 。在冷却过程中没有看到先共析铁素 体和珠光体转变时的动态过程 ,但从未经浸蚀的室温组织的着色及位置 、形态的不同 ,分析了上述组织的形核地点 及核长大的特征 。
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金 属 制 品
第 29 卷
图 2 65 钢与 65 Mn 钢奥氏体晶粒长大动力学曲线 S ———奥氏体晶粒的平均面积 μ, m2
制 65 钢奥氏体晶粒长大的动力学曲线 ,如图 2 所
将 65 钢加热到 1 100 ℃保温 5 min 后的试样 ,
示 。为了比较 ,该图中还绘出了 65 Mn 钢奥氏体晶 以 33 ℃/ min 冷 却 速 度 降 温 至 900 ℃并 保 持 15
粒长大动力学曲线 。试验结果表明 :这两种钢的化 min ,再用 2 ℃/ min 降至 680 ℃,在缓冷过程中没有
学成分极相近 ,故其奥氏体晶粒长大动力学曲线亦 观察到先共析铁素体和珠光体 (共析体) 组织的形成
极相似 。65 钢奥氏体晶粒 急 剧 长 大 温 度 略 高 于 过程 。冷却到室温后未经浸蚀试样的金相组织如图
1 000 ℃,而 65 Mn 钢则低于 1 000 ℃,而且前者出 3 所示 。由于组织和晶面的不同 ,表面氧化着色有
图 4 65 钢试样经真空热处理后 的剥层金相组织照片 ×100
样观察表面产生了严重的脱碳现象 (碳原子在高温 真空条件下逸出) ,此时 ,观察到的金相组织已不是 65 钢的平衡组织了 。
钢在真空高温加热时容易产生表面脱碳现象 。 事实上 65 Mn 钢与 60Si2Mn 钢试样经同样处理后 其脱碳现象比 65 钢要严重 。例 如 : 65Mn 钢 经 1 000 ℃真空加热 、降至 900 ℃时 ,再用高纯氩气吹冷 试样表面至室温 ,其组织中可见到羽毛状魏氏体 。 从未经磨制 、抛光及浸蚀的试样表面就可看到它 , 如磨去几个微米 、抛光及适当浸蚀后 ,则看到的魏 氏体更为清晰 ,如图 5 所示 (该照片中左上角方坑
Ξ 参加试验工作的有陆允庄 、曹阳等同志 。 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 2 期
苏德达 :65 钢在真空加热及冷却时的组织转变
亚共析钢经适当奥氏体化后 ,在随后的冷却过 程中将发生铁素体的析出和珠光体的形成 。先共析 铁素体的析出形态与其冷却条件密切相关 ,主要有 块状 、网状及针片状等几种 。铁素体的析出一般由 形核和核长大两阶段组成 ,优先在奥氏体晶界处形 核 ,然后向其一侧或两侧长大 。长大机制亦有两种 : 当冷速缓慢时 ,先共析铁素体和珠光体转变均在较 高温度下进行 ,由于温度较高 ,原子扩散过程易于进 行 ,所以先共析铁素体将按非共格关系长成等轴形 块状 ;若钢中含碳量较高时 ,先共析铁素体的析出量 减少 ,共析转变 (即珠光体) 量增多 ,铁素体将形成网 状 (沿奥氏体晶界析出) ;若冷速较快时 ,迫使先共析 铁素体的析出和珠光体形成均在较低的温度下进 行 ,由于温度较低 ,铁原子的扩散比较困难 (难以进 行长距离扩散) ,铁素体与奥氏体之间的非共格界面 移动很难进行 ,将按共格式界面移动 ,故先共析铁素 体以针片状形貌向奥氏体内部成长 。实验测定表 明 ,这种铁素体的惯析面为{111}A 。由于同一个奥 氏体晶粒内部{111}晶面都相互平行 ,所以 ,该晶粒 内的先共析铁素体析出的针片也彼此平行地分布 (见图 5) 。该照片中上下两个粗大奥氏体晶粒均在 其晶界处成核 ,并以约 45 ℃角向奥氏体内析出针片 状铁素体 ,而上下两组针片状铁素体的夹角为 90°。
Abstract By means of high temperature microscope to observe continuously t he austenitic grain growt h process of 65 steel specimen and its twin grain formation when heated. After heated and cooled ,its structures at room temperature are also studied. The surface decarbonriging of t his specimen is determined by t he surface2layer stripping met hod. The dyramic pro2 cess of t he proeutectic ferrite and t he pearlile transformation are not observed in t he course of cooling. But from different color ,situation and form of structures on t he polished surface of t he specimen at room temperature ,t he place of nucleus forming and its growt h characteristics of ferrite and pearlite are also discussed. Keywords 65 steel ; high temperature microscopy ; austenite grain ; proeutectic ferrite ; pearlite transformation
1a ,但其晶粒比较细小 。图 1b 为加热到 900 ℃,保 温 10 min 的情况 ,其中某些奥氏体晶粒开始合并式 长大 ,变成了大晶粒 ,绝大部分区域内的晶粒仍然比 较细小 。当加热温度刚升到 1 000 ℃时 ,见图 1c ,和 保持 30 s 后观察到该钢奥氏体晶粒急剧长大现象 , 见图 1d ,视场中的面积为粗大奥氏体所占有 ,剩下 较细的奥氏体晶粒已经不多了 ,但它们也有不同程 度的长大 。当加热温度达 1 100 ℃,视场中几乎全 部都是粗大的奥氏体晶粒 ,见图 1e 。图 1f 表示在 1 100 ℃长时间保温的情况 ,奥氏体晶界逐渐粗化 (因 热蚀沟扩大所致) ,晶界间的夹角逐步变成 120°,达 到相对稳定的状态 ,其长大趋势反而变小 。从该组 照片中观察到 65 钢的奥氏体孪晶 ,只有加热到高温 并长时间保温条件下它才出现 ,在图 1f 中左下角的 晶粒的右边出现了两个半双线孪晶 ,在视场中部也 有较浅的半双线孪晶或单线孪晶 。而 65 Mn 钢在 加热到 950 ℃时就可观察到孪晶现象 。