热膨胀法测定钢的.pptx

会计学1热膨胀法测定钢的热膨胀法测定钢的二、实验原理二、实验原理 n n钢的连续冷却转变图（钢的连续冷却转变图（continuous cooling transformation continuous cooling transformation diagramdiagram，简称，简称CCTCCT图）是指过冷奥氏体在连续冷却条件下，转变图）是指过冷奥氏体在连续冷却条件下，转变开始温度和终了温度、转变开始时间和终了时间以及转变的组织、开始温度和终了温度、转变开始时间和终了时间以及转变的组织、室温硬度与冷却速度之间关系的曲线图。室温硬度与冷却速度之间关系的曲线图。n n影响影响CCTCCT的主要因素包括化学成分（的主要因素包括化学成分（C C、MnMn、SiSi、MoMo、CrCr、NiNi和和V V等）等）、测定时的最高加热温度、测定时的加热速度和高温停留时间、测定时的最高加热温度、测定时的加热速度和高温停留时间、应力应变状态以及原始组织。应力应变状态以及原始组织。CCTCCT图的测量方法常见的有热膨胀法、图的测量方法常见的有热膨胀法、热分析法、金相法和磁性法。最常用的是热膨胀法，且常配合热热分析法、金相法和磁性法。最常用的是热膨胀法，且常配合热分析法和金相法进行测定。热膨胀法测定钢的分析法和金相法进行测定。热膨胀法测定钢的CCTCCT图的原理如下：图的原理如下：第1页/共16页n n同一种金属的不同组织如奥氏体、铁素体、珠光同一种金属的不同组织如奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体等有不同的比容。故当高温体、贝氏体和马氏体等有不同的比容。故当高温奥氏体在连续冷却过程中发生相变时试件的长度奥氏体在连续冷却过程中发生相变时试件的长度（对于用（对于用Gleeble 1500Gleeble 1500动态热一力学模拟试验机动态热一力学模拟试验机测试测试CCTCCT图时，长度是指圆柱体试样的直径）将图时，长度是指圆柱体试样的直径）将发生变化，并符合下列关系：发生变化，并符合下列关系：n n式中式中 试样加热或冷却时全膨胀量。试样加热或冷却时全膨胀量。相变体积效应引起的长度变化量。相变体积效应引起的长度变化量。温度变化引起的长度变化量。温度变化引起的长度变化量。(为金属的热膨胀系数，为金属的热膨胀系数，TT为温度变化量）。为温度变化量）。第2页/共16页n n 当冷却过程中不发生相变时，当冷却过程中不发生相变时，因此，因此，即即LL随温度变化成线性变化。当随温度变化成线性变化。当冷却过程中发生相变时，冷却过程中发生相变时，因此，因此，LL偏离线性变化，反映在膨胀曲线上是发生偏离线性变化，反映在膨胀曲线上是发生转折，据此转折的切离点可以确定相变的开始温转折，据此转折的切离点可以确定相变的开始温度。当相变结束时，度。当相变结束时，因此，因此，LL随变化温度又成线性变化，从直线的开始随变化温度又成线性变化，从直线的开始点可以确定相变的终了温度。点可以确定相变的终了温度。n n用热模拟方法测用热模拟方法测CCTCCT图时图时,用膨胀仪记录用膨胀仪记录L-t(L-t(膨膨胀量时间）曲线，并记录胀量时间）曲线，并记录T Tt t（温度时间）（温度时间）曲线（或称温度曲线），如曲线（或称温度曲线），如图图1 1所示。再将上述所示。再将上述曲线转化成曲线转化成L-TL-T曲线，分析曲线的转折变化，曲线，分析曲线的转折变化，即可确定相变点，如即可确定相变点，如图图2 2所示。所示。第3页/共16页n n由于由于CCTCCT图显示了不同的冷却速度与高温组织转图显示了不同的冷却速度与高温组织转变、临界冷却时间、室温组织及其硬度之间的直变、临界冷却时间、室温组织及其硬度之间的直接关系（如接关系（如图图3 3所示），因此为材料热加工（如所示），因此为材料热加工（如铸造、焊接、锻压、热处理等）的工艺制定甚至铸造、焊接、锻压、热处理等）的工艺制定甚至新钢种的成分设计提供了依据。具体体现在如下新钢种的成分设计提供了依据。具体体现在如下几个方面。几个方面。n n（1 1）从）从CCTCCT图上可获得钢的各种临界冷却速度图上可获得钢的各种临界冷却速度和时间（如获得和时间（如获得100100马氏体马氏体MM的最小冷却速度的最小冷却速度和最长冷却时间，出现铁素体和最长冷却时间，出现铁素体F F的最大冷却速度的最大冷却速度和最短冷却时间，出现珠光体和最短冷却时间，出现珠光体P P的最大冷却速度的最大冷却速度和最短冷却时间，出现中间组织和最短冷却时间，出现中间组织Z Z的最大冷却速的最大冷却速度和最短冷却时间，以及马氏体完全消失的最大度和最短冷却时间，以及马氏体完全消失的最大冷却速度和最短冷却时间）。根据上述数据可评冷却速度和最短冷却时间）。根据上述数据可评定钢的抗裂纹尤其是热裂纹和冷裂纹的敏感性。定钢的抗裂纹尤其是热裂纹和冷裂纹的敏感性。第4页/共16页n n（2 2）根据）根据CCTCCT图可估计热加工钢件的组织和性图可估计热加工钢件的组织和性能，分析钢件或者焊接热影响区的韧性。能，分析钢件或者焊接热影响区的韧性。n n（3 3）根据）根据CCTCCT图可合理制定正确的热加工如热图可合理制定正确的热加工如热处理、焊接和锻压的加工工艺规范尤其是冷却规处理、焊接和锻压的加工工艺规范尤其是冷却规范。范。第5页/共16页三、实验设备及材料三、实验设备及材料n nGleeble 1500动态热力学模拟试验机，45 钢或40Cr钢试件。第6页/共16页四、实验方法四、实验方法n n用动态热力学物理模拟试验机用动态热力学物理模拟试验机Gleeble 1500Gleeble 1500，采用膨胀法测定采用膨胀法测定CCTCCT图的方法是：用图的方法是：用Gleeble Gleeble 15001500主机中的变压器对被测定试样（主机中的变压器对被测定试样（3310801080120mm120mm，在试验过程中其非夹持部分即自由跨，在试验过程中其非夹持部分即自由跨度为度为404060mm60mm）通电流，通过试样本身的电阻）通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定的加热速度加热到最高热加热试样，使其按设定的加热速度加热到最高温度（对于一般热处理的温度（对于一般热处理的CCTCCT图，其最高加热温图，其最高加热温度为度为A Ac3c3（5050150150），加热升温时间为，加热升温时间为120120300s300s，保温时间为，保温时间为180180300s300s），保温一定时），保温一定时间后，控制冷却速度进行冷却（如淬火、空冷，间后，控制冷却速度进行冷却（如淬火、空冷，一般通电加热冷却以及充一般通电加热冷却以及充ArAr或或N N2 2气配合通电加热气配合通电加热冷却等）。由于试样两端由通水的冷却块夹持，冷却等）。由于试样两端由通水的冷却块夹持，冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在一一第7页/共16页 定的温度梯度，中间段温度高，但当试样足够长定的温度梯度，中间段温度高，但当试样足够长（8080120mm120mm）时，热电偶检测的中间部位约有）时，热电偶检测的中间部位约有8 818mm 18mm 长的均温区。加热、保温和冷却过程长的均温区。加热、保温和冷却过程中用径向位移传感器测定均温区的径向位移（或中用径向位移传感器测定均温区的径向位移（或称膨胀量），绘制温度时间、膨胀量时间以称膨胀量），绘制温度时间、膨胀量时间以及膨胀量温度曲线如及膨胀量温度曲线如图图4 4所示，测定每种冷却所示，测定每种冷却速度下试样室温硬度，根据膨胀量温度曲线确速度下试样室温硬度，根据膨胀量温度曲线确定不同连续冷却过程中的相变点（曲线中的转折定不同连续冷却过程中的相变点（曲线中的转折点），并根据各种冷却速度下的硬度值，绘制点），并根据各种冷却速度下的硬度值，绘制CCTCCT图。图。第8页/共16页五、实验步骤五、实验步骤n n1 1实验前仔细阅读并了解实验前仔细阅读并了解Gleeble 1500Gleeble 1500动态热动态热 力学模拟试验机的基本结构与功能。力学模拟试验机的基本结构与功能。n n2 2了解了解Gleeble 1500Gleeble 1500动态热力学模拟试验机动态热力学模拟试验机的的 基本操作。基本操作。n n3 3每人领取一个试样，制定测试步骤，经实验每人领取一个试样，制定测试步骤，经实验指指 导教师审核后，分别测定导教师审核后，分别测定4545钢和钢和40Cr 40Cr 钢在某钢在某 冷却速度条件下的热膨胀量与温度之间的关冷却速度条件下的热膨胀量与温度之间的关 系，以及该冷却速度条件下试样的平均硬度。系，以及该冷却速度条件下试样的平均硬度。n n4 4其他同一大组的同学协助并观察正在实验的其他同一大组的同学协助并观察正在实验的同同 学进行实验。学进行实验。n n5 5若干大组数据共享，对实验数据进行整理。若干大组数据共享，对实验数据进行整理。第9页/共16页六、实验报告要求六、实验报告要求n n1写出实验目的、内容和基本原理。n n2简述实验步骤。n n3收集本大组和其他大组的实验数据，分 别画出45 钢和40Cr钢的一般热处理 CCT 图。第10页/共16页第11页/共16页图1 热模拟试验测定的温度曲线和膨胀曲线第12页/共16页图2 曲线 第13页/共16页图3 碳钢（0.46C）的过冷奥氏体连续冷却转变图第14页/共16页（a）模拟45钢一般热处理的温度-时间以及膨胀量-时间实测曲线（b）模拟45钢一般热处理的膨胀量-温度实测曲线图4 模拟45钢一般热处理的温度-时间以及膨胀量-温度实测曲线第15页/共16页