材料加工组织性能控制（第六章.pptx

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1、工艺：从Ar3以上的温度开始，在相变终了温度附近(550500)结束，然后进行空冷。组织：细晶粒铁素体和微细弥散型贝氏体的混合组织。对强度及韧性的影响:第1页/共42页控制冷却设备：必须能均匀控制长、宽、厚方向钢板的性能。冷却方式：同时冷却型、通过冷却型。第2页/共42页6.1 CCT曲线及转变产物目的：等温转变曲线(TTT曲线)：反映过冷奥氏体等温转变的规律；连续冷却转变曲线(CCT曲线)：在连续冷却转变过程中，钢中的奥氏体在不断降温的条件下发生转变的。CCT曲线的测量:膨胀法测CCT曲线原理：各相具有不同的比容：马氏体体素体珠光体奥氏体碳化物。静态CCT曲线、动态CCT曲线。第3页/共42

2、页第4页/共42页实验步骤：选定奥氏体化温度及保温时间：确定冷却速度：实验数据处理：第5页/共42页第6页/共42页图6-1 共析钢连续冷却转变曲线 转变中止线：表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后完成，但奥氏体停止了分解，剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。两个临界冷却速度：第7页/共42页图6-2 冷却速度对共析钢奥氏体转变温度区域(a)及转变产物(b)的影响1-1-珠光体转变开始线;2-珠光体转变终了线3-珠光体转变终止线;4-马氏体转变开始线;5-马氏体转变终了线第8页/共42页图6-3 0.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度:930C;时间:30min第9页/共42页6.2

3、控制冷却各阶段的冷却目的和冷却方式的选择各阶段冷却目的：1)高温终轧：a)奥氏体状态：b）慢冷的结果：第10页/共42页2)低温终轧：a)奥氏体状态：b)变形的影响：c）慢冷的结果：3)高碳钢和高碳合金钢：第11页/共42页轧后控冷分三阶段：一次冷却：从终轧温度Ar3或Arcm温度范围。目的：（1）控制变形奥氏体的组织状态；（2）固定位错；（3）降低相变温度。一次冷却开始快冷温度的影响：第12页/共42页二次冷却：从相变开始相变结束。目的：控制相变过程（具体：），保证钢材快冷后得到所要求的金相组织和力学性能。图6-6 控制轧制CCT曲线在不同冷却速度时的组织形态实线：Nb钢；虚线：Si-Mn钢

4、第13页/共42页三次冷却(空冷）：相变后至室温范围内的冷却。目的：对低碳钢：没有什么影响。对含Nb钢：发生碳氮化物析出。对高碳钢或高碳合金钢：第14页/共42页冷却方法：1)喷水冷却(喷流冷却)：水从压力喷嘴中以一定压力喷出水流，而水流为连续的，没有间断现象，但是呈紊流状态。优点：穿透性好，在水膜比较厚的时候采用。应用：中厚钢板轧后冷却和钢板淬火时；在型钢冷却中进行局部冷却。缺点：水的喷溅利害，水的利用率较差。第15页/共42页2)喷射冷却：将水加压由喷嘴喷出的时候，如果超过连续喷流的流速时则水流发生破断，形成液滴群冲击被冷却的钢材表面。应用：一般冷却及各种用途的喷嘴。缺点：控制的冷却能力范

5、围不太宽，需要比其它方法施加更高的压力。第16页/共42页 3)雾化冷却：用加压空气使水雾化，水和高压高速气流一起从喷嘴喷出形成雾状。缺点：系统比较复杂，设备费用增加、噪音大、车间雾气较大。优点：调整冷却能力的范围较大，可以实现单独风冷、弱水冷、喷水冷，且冷却比较均匀。第17页/共42页4)层流冷却：给以一定压力的水从喷嘴喷出形成喷流，当喷射的出口速度比较低时，形成平滑的喷射喷流，平滑的层状喷流落到一定距离时，由于水的加速度影响而破断成液滴流，破坏了层流状态。优点：喷流可在一较长距离内保持水的层流状态，获得很强的冷却能力。应用：一般在要求强冷时使用。目前钢板生产中采用管层流和板层流二种方式。第

6、18页/共42页图6-7 各种冷却方法的冷却能力第19页/共42页 热轧宽带钢机组输出辊道上冷却布置第20页/共42页6.3 显微组织对控制冷却材的强度和韧性的影响 铁素体晶粒度的影响 图6-5 再结晶晶粒度与晶粒度的关系冷却速度：1-44C/s；2-22C/s；3-14C/s；4-0.7C/s第21页/共42页图6-6 晶粒度与脆性转化温度的关系（Si-Mn）1-轧制温度1000C；2-轧制温度950C；3-轧制温度850C现象：（1）铁素体晶粒度与vTrs 关系。（2）在相同的铁素体晶粒度下，降低终轧温度可使韧性得到改善（原因）。第22页/共42页贝氏体的影响图6-7 抗张强度随贝氏体和（

7、或）珠光体的体积分数的变化图6-8 贝氏体（+珠光体）的体积百分数与vTrs的关系，N-晶粒度第23页/共42页马氏体的影响 图6-9 马氏体对冲击性能的影响 生成10%的马氏体可使vTrs提高30。因此，作为控制冷却材料，基本上不应使其生成马氏体。第24页/共42页混合组织的影响第25页/共42页总结：(1)细小铁素体生成量较少的轧制条件(高温加热、低温区压下率小、高温终轧等)下，多边形铁素体生成量少，控制冷却时未转变的晶粒粗大，易生成比较粗大的贝氏体+铁素体。(2)细小铁素体生成量较多的轧制条件(低温加热，低温区压下率大、低温终轧等)下，多边形铁素体生成量较多，控制冷却时未转变的晶粒细小，

8、发生铁素体+马氏体的细小混合组织，抑制贝氏体的转变。第26页/共42页轧后控制冷却强化增量的分析控冷材强度提高量表达式：第27页/共42页6.4 控制轧制工艺参数对控制冷却材料的强度和韧性的影响加热温度的影响图6-15 不同加热温度对强度和韧性的影响第28页/共42页终轧温度的影响 图6-17 热轧的终轧温度同抗拉强度及夏比断口转折温度的关系实验条件：碳钢加热至1100，于800700间改变终轧温度。结果：(1)700终轧，水冷温度高，组织为珠光体+铁素体，水冷温度低，生成细小的铁素体+马氏体组织；(2)800终轧，生成等轴组织，多边形铁素体量减少，水冷温度对材料组织的影响变小，韧性的变化基本

9、相同。第29页/共42页压下率的影响 图6-19 低于再结晶温度时机械性能与压下率的关系第30页/共42页冷却开始和停止温度对强度和韧性的影响图6-20 加速冷却开始和停止时的温度对强度、脆性断口转变温度的影响第31页/共42页6.5 高温形变热处理图6-16 高温形变淬火示意图第32页/共42页（1）变形温度对性能的影响图6-17 变形温度与奥氏体晶粒大小、屈服应力和抗拉强度的关系 图6-18 变形温度与延伸率、断面收缩率和冲击功的关系第33页/共42页（2）变形程度对性能的影响图6-19 变形温度与屈服应力和抗拉强度的关系 图6-20 变形温度与延伸率、断面收缩率、冲击韧性的关系 第34页

10、/共42页（3）冷却速度对性能的影响为得到淬火马氏体组织必须采用连续浸水冷却方式。（4）回火温度对性能的影响第35页/共42页图6-23 轧制温度900C，轧后水冷，600C回火的电镜照片 10000图6-24 轧制温度900C，轧后水冷，700C回火的电镜照片 10000随着渗碳体颗粒尺寸的减小和颗粒间距离的减小，渗碳体颗粒的强化作用增大；随着渗碳体的体积分数的增大，渗碳体颗粒的强化作用也增大。第36页/共42页形变奥氏体的位错密度越高，转变后的马氏体的位错密度也越高，高温回火后形成的亚晶数量也会增加。钢材经“控轧+水冷+高温回火”处理后，另一重要强化机制便是位错和亚晶，位错密度越高，亚晶数

11、量越多和越细小，钢材的强度自然也会提高。第37页/共42页6.6 热轧钢材水冷后温度场的计算稳态温度场：非稳态温度场：轧件冷却过程的分析物体热量传递的三种基本方式：导热、对流和辐射。轧制过程三个阶段的传热情况（表面）：轧件内部：第38页/共42页温度场计算的基本原理首先建立钢材内部热量传递的导热微分方程。傅里叶定律：能量守恒定律：建立起导热微分方程的基本形式：第39页/共42页其次建立定解条件。包括：初始条件：边界条件：-物体的导热系数；tf-物体温度；tw-物体边界温度。在非稳态导热时，式中的及tf均为时间的函数。第40页/共42页最后，钢材温度场的计算就是对上面建立起来的导热微分方程和边界条件的联立方程求解。求解方法：两大类理论解数值解第41页/共42页感谢您的观看。第42页/共42页