亚共析钢魏氏组织的组织遗传现象研究
李智超,马栓柱,杜素梅
(.辽宁工程技术大学,辽宁阜新.天津工业大学,天津)
摘要:以三种低碳合金钢的粗大魏氏组织为原始组织,分别以慢速、中速进行奥氏体化加热。
晶粒度测试表明:慢速加热条件下出现组织遗传现象,中速加热时可细化晶粒。
慢速加热奥氏体化过程中,观察到球状奥氏体和针状奥氏体。
关键词:魏氏组织;组织遗传现象;针状奥氏体
钢的组织遗传现象是指非平衡组织在一定加热条件下,形成新奥氏体晶粒继承和恢复原始粗大晶粒的现象。
对钢非平衡组织的组织遗传现象,以往人们研究的原始组织多为马氏体和贝氏体[],而对魏氏组织()的组织遗传现象很少研究。
实际生产中,亚共析钢在铸锻焊后的砂冷和空冷中经常出现。
由于伴随粗大晶粒的对力学性能有不利影响,因此均希望通过退火或正火予以消除并细化组织。
但加热工艺控制不当时,所获组织仍然是粗大的,不能达到细化晶粒的目的,即发生了组织遗传现象。
研究的组织遗传现象,既具有相变理论研究意义,更具有生产实用价值。
实验用钢及实验方法
实验采用三种工业常用钢材、、。
三种工业用钢制备生产工艺中经历焊接工序,而低碳(合金)钢在焊接接头组织中易出现,故对三种实验用钢进行焊接热模拟实验,以便获得。
实验用钢化学成分见表。
实验采用日本产型热模拟实验机。
实样尺寸××,高频感应真空加热℃×。
冷却介质采用氩气,冷却速度控制在～℃。
将具有的试样分别以慢速(℃)、中速(℃)在箱式炉中加热到℃,保温后淬火。
采用饱和苦味酸加少量洗涤剂腐蚀试样,测定奥氏体(γ)晶粒度,分析组织遗传现象。
为观察分析以为原始组织加热时奥氏体形成特点,将部分试样分别采用慢速、中速加热到两相区、℃,保温不同时间、、、、,获得不同含量奥氏体,然后淬火,观察组织。
实验结果及分析
魏氏组织形态
实验用钢在焊接热模拟实验机上加热后,通过控制冷却速度,可获得不同组织。
的形成受含碳量、加热温度及冷却速度综合影响。
本实验条件下,实验用钢在加热条件相同时,冷却组织中形态、尺寸及相对含量则受冷却速度控制。
组织观察发现,在～℃冷却范围内,均可形成,由晶界先共析铁素体上生成大量平行排列的条状铁素体插向晶粒内部,也有少量交叉的条状铁素体(图)。
图钢的形态×
冷却速度较小时,α条多而粗大,冷却速度增大,α条趋向少而细小。
显然,由于冷却速度增大,过冷度增大,碳原子扩散能力减弱,抑制α生长,使α条少而细小。
组织遗传现象
实验用钢在焊接热模拟实验机上加热时,由于加热温度高,晶粒粗大(级),在适宜条件下冷却时获得。
以粗大为原始组织,中速加热到℃,淬火后晶粒明显细化,晶粒度～级(图)。
而慢速加热到℃,三种实验用钢淬火后晶粒依然粗大,晶粒度仍为一级。
在相变重结晶过程中晶粒没有得到细化,即发生了组织遗传现象(图)。
由此可见在慢速加热奥氏体化时,易发生组织遗传现象。
实际生产条件下,大中型铸锻焊件箱式炉加热时,其加热速度大约在慢速加热范围(～℃)。
因此,这种粗大的组织遗传现象应予以考虑。
—钢—钢
—钢
图中速加热℃×奥氏体晶粒×
—钢—
钢
—钢
图慢速加热℃×奥氏体晶粒×
两相区加热奥氏体形成特点
实验用钢以为原始组织,分别以慢速、中速加热到两相区,保温不同时间后,盐水淬火。
硝酸酒精腐蚀后,未转变的α显示灰白色。
两相区形成的γ冷却时转变为α′(或混合组织),由于采用机械磨制抛光发生回火,腐蚀后显示暗灰色,依次分析判断两相区奥氏体的形成特点。
钢慢速加热到℃时,γ在的α条之间形核,并沿着α条边界长大形成针状γ。
同时在等轴α边界处也形成少量球状γ。
慢速加热到℃时,奥氏体仍有针状和球状两种形态,以针状奥氏体为主,奥氏体形成数量明显增多。
但中速加热到℃时,针状奥氏体数量大大减少,大多为球状奥氏体。
中速加热到℃,奥氏体化速度明显高于慢速加热,奥氏体基本为球状体形态(图)。
加热初期尚可见到少量针状奥氏体,随保温时间延长针
状奥氏体逐渐减少而消失。
—慢速加热℃×—慢速加热℃×
图钢显微组织×
—慢进加热℃×—中速加热℃×
图钢显微组织×
同样、钢加热时,亦符合上述奥氏体形成规律。
慢速加热时,γ以针状、球状两种形态形成(图)。
中速加热时,γ形成速度增加,保温时间较短时,尚可见到少量针状γ(图),保温时间延长针状γ消失。
由此可见,以为原始组织进行奥氏体化时,慢速加热过程中,以针状、球状两种形态形核长大,不同于平衡组织加热时γ的形成过程,从而形成针状奥氏体才出现粗大晶粒遗传现象。
加热速度是影响钢的组织遗传现象的一个重要因素。
非平衡组织加热是其分解、回复、再结晶及γ形核长大过程。
与α′、相比的α条过饱和度小,位错密度低。
因此,加热时其再结晶驱动力小。
有人曾对的α条进行过电镜观察[],发现α条边缘存在一层珠光体膜及少量碳化物,显然这种组织特征也有利于保持α条形特征,抑制再结晶过程。
慢速加热时,过热度小,相变驱动力亦小,γ更易于在α边界处形核,并受α条边界限制而长成针状。
当然,由于原始组织中也有等轴α存在,在其边界处也有少量球状γ形核。
针状γ与母相之间有一定的位向关系。
具有相同位向关系的针状γ合并长大是组织遗传的重要原因[]。
中速加热时过冷度大,相变驱动力增加,易于形成球状γ,破坏了组织遗传现象从而使晶粒得到细化。
结论
) 亚共析钢魏氏组织在℃加热奥氏体化时,易出现组织遗传现象。
℃加热则可细化晶粒。
) 以魏氏组织为原始组织慢速加热奥氏体化过程中,可形成针状奥氏体和球状奥氏体。