CN103884733A - 一种回火过程中组织转变规律的测定方法 - Google Patents

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陈永利
周雪娇
吴娅梅
王青峡
罗晓东
张丽萍
蒋月月
阳辉
万新
周书才
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Abstract

本发明公开了一种回火过程中组织转变规律的测定方法，其测定方法为：取须测定回火组织转变规律的试验试样，加工成圆柱试样。首先根据试验要求设定好任意回火的工艺方法的具体参数；然后通过相变仪器测定体积“膨胀量-温度”的曲线；然后对所得“膨胀量-温度”数据进行本发明的模型数据处理方法，得出“膨胀速率-温度”连续规律。从“膨胀速率-温度”曲线得出回火过程中组织转变规律。本发明的有益效果是避免了传统回火测定方法，需在不同回火温度下进行大量分组试验的弊端。可快速确定回火转变关键温度点，直接测定回火过程中组织转变规律。如需进一步进行“金相法”，可大大减少该方法的试验量。

Description

一种回火过程中组织转变规律的测定方法
技术领域
本发明属于材料内部组织转变测量技术领域，涉及一种回火过程中组织转变规律的测定方法。
背景技术
一般相变仪能通过材料“热胀冷缩”原理，测定在不同温度下材料的体积变化量,然后通过体积变化量来判定材料组织内部是否发生相变。该方法适用于测量奥氏体转变温度。
由于金属材料在回火过程中，热处理温度低于奥氏体转变温度，目前无法直接通过测量膨胀量的方法测出回火过程中的组织转变规律及碳化物析出规律。
目前测量回火组织转变的间接方法有（1）硬度法：通过测量在不同温度下回火组织的硬度值，进而判断回火组织转变规律。这种方法需要间隔不同温度，进行数量巨大的分组试验。试验劳动强度大，是静态的间接测量方法；（2）“金相法”：在不同温度下回火下，取若干金相，进行微观组织分析，进而判断回火组织转变规律。这种方法在每一个回火温度下都需进行若干金相试验，试验量更加巨大。任属于静态的间接测量方法。
发明内容
提供一种回火组织转变测定方法，通过“体积变化速率”的测量方法，直接连续测定回火过程中组织转变规律。
本发明的另一个目的是提供利用体积膨胀法测定完回火组织转变规律后，可快速确定回火转变关键温度点，如需进一步进行“金相法”，大大减少该方法的试验量。提供一种减少“金相法”试验量的方法。
本发明的技术方案为首先获得回火膨胀曲线数据，通过模型数据处理，得出回火膨胀速率曲线，结合金属学常识可快速得到回火组织转变规律。
本发明的特点还在于模型数据处理方法为总膨胀量对时间求导，过滤掉由于热膨胀引起的速率线性部分，测出由于回火相变析出引起的膨胀速率变化。从体积膨胀速率上可以直观快速的得出回火组织转变温度起始值和组织转变规律。得出回火膨胀速率曲线过程为：
由于回火组织转变造成膨胀量由两部分组成：热膨胀引起的膨胀量和相变和析出引起的膨胀量，
Δ总＝Δl热+Δl相（1）
其中：Δ总为总膨胀量，
Δl热为由于热膨胀引起的膨胀量，
Δl相为相变和析出引起的膨胀量，
Δl热＝α*ΔT*V=v加*t*α*V（2）
其中：α为热膨胀系数，
ΔT为温度变化值，
V为原始体积，
v加为回火温度升高速率，
将（2）代入（3）中并对时间t求导，可得：
Figure BDA0000469317710000031
其中：t为时间，
v相由于相变引起的膨胀速率，
v加为回火温度升高速率。
回火过程中组织转变规律的测定方法，取待测定回火组织转变规律的试验试样，通过机械车削加工加工成
Figure BDA0000469317710000032
光滑圆柱试样；设定好回火的工艺方法的参数；通过相变仪器测定体积膨胀量与温度的关系曲线；对所得体积膨胀量与温度的关系曲线进行模型数据处理，得出“膨胀速率-温度”连续转变规律；通过观察膨胀速率变化的峰值起始温度，结合金属学常识得出回火过程中组织转变温度起始值，从而快速得出回火组织转变规律。
本发明的有益之处在于：（1）本发明避免了“硬度法”和“金相法”需在不同回火温度下进行大量分组试验的弊端。通过体积膨胀速率的新型方法，直接测定回火过程中组织转变规律，具备操作简单，连续测定，试验量小的特点。
（2）本发明的另一个益处是提供利用体积膨胀法测定完回火组织转变规律后，可快速确定回火转变关键温度点，如需进一步进行“金相法”，可大大减少该方法的试验量。
附图说明
图1为本发明测定方法“温度-时间”关系的回火工艺示意图；
图2为本发明测定方法“温度/膨胀量-时间”关系图；
图3为本发明测定方法“温度-膨胀速率”关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施步骤：上述目的通过下述方案实现：
（1）试样加工准备
取待测定回火组织转变规律的试验试样，通过机械车削加工加工成
Figure BDA0000469317710000041
光滑圆柱试样。
（2）工艺参数设定
根据待测钢种的用户试验要求，设定好回火的工艺方法的参数。将
Figure BDA0000469317710000042
圆柱试样，以下图1的方式升温、保温、降温，在热分析仪上测定其膨胀量。
（3）测定回火“膨胀量-温度”曲线。通过相变仪器测定体积膨胀量与温度的关系曲线。
（4）对所得“膨胀量-温度”数据进行本发明上述的测量数据模型处理过程处理，得出“膨胀速率-温度”连续转变规律。“膨胀量-温度”曲线的测量数据模型处理过程：
由于回火组织转变造成膨胀量由两部分组成：热膨胀引起的膨胀量和相变和析出引起的膨胀量。即：
Δ总＝Δl热+Δl相(1）
其中：Δ总为总膨胀量
Δl热为由于热膨胀引起的膨胀量
Δl相为相变和析出引起的膨胀量
在数量上较热膨胀造成的数量小得多，所以很难从看出升温过程中各温度区间组织的转变规律，同时由于回火几个阶段的相互叠加，仅从膨胀量也无法判定到底是回复还是碳化物析出造成的体积变化，所以需“过滤”Δ热热膨胀引起的膨胀量，和“放大”Δ相相变和析出引起的膨胀量。
而由于热膨胀引起的膨胀量
Δl热＝α*ΔT*V=v加*t*α*V(2）
其中：α为热膨胀系数(在升温速率较低时可以认为常量)
ΔT为温度变化值(实验中为v加*t)
V为原始体积（常量）
v加为回火温度升高速率（给定常数）
将（2）代入（3）中并对时间t求导，可得：
Figure BDA0000469317710000051
其中：α为热膨胀系数，(在升温速率较低时可以认为常量）。
t为时间
V为原始体积
v相由于相变引起的膨胀速率
v加为回火温度升高速率（给定常数）
因此对膨胀量求导，过滤掉由于热膨胀引起的速率线性部分αV，测出由于回火相变析出引起的膨胀速率。从体积膨胀速率变化上可以直观的观测到各温度区的组织变化规律。
采用热膨胀试验测得试验钢的膨胀量和温度变化曲线如图2所示，从图中可以看出，材料在回火完成后体积增大，这主要是回火过程碳化物的析出、回复和再结晶造成体积的膨胀；回火过程中，开始升温阶段体积膨胀变动较明显，其中线性增加部分主要是由热膨胀造成，波动部分说明在这个温度下不仅发生了热膨胀而且发生了碳化物或组织的变化，转变的四个阶段相互叠加；降温过程中体积收缩成线性，这主要是由于温度线性降低，热收缩造成，同时也说明在回火过程中回火组织的转变主要在升温阶段，而且转变过程与回火温度密切相关。
由于析出和回复造成的膨胀量在数量上较热膨胀造成的数量小得多，所以很难从图2中看出升温过程中各温度区间组织的转变规律，同时由于回火几个阶段的相互叠加，仅从膨胀量也无法判定到底是回复还是碳化物析出造成的体积变化。采用本发明的方法，进行数据处理，过滤掉由于热膨胀引起的速率线性部分αV，测出由于回火相变析出引起的膨胀速率。图3为材料升温阶段体积膨胀速率，从体积膨胀速率上可以直观的观测到各温度区的组织变化规律。通过本发明的测定方法，结合金属学常识可知：A区主要是马氏体内碳原子向位错线密集区偏聚；B区出现速率峰值，这主要是由于面心立方残余奥氏体分解转变为体型立方α相，晶格致密度下降，体积膨胀；C区主要是由于ε-碳化物长大形成渗碳体，α相保持板条状形态，马氏体晶格畸变全部消失，体积减小；D区发生渗碳体球化和α相发生回复，再结晶造成体积膨胀，这两种方式存在叠加区间和相互作用，造成膨胀速率波动；E区回火转变基本完成，体积膨胀主要是温升造成，速率基本为定值，同时也说明在回火过程中回火转变温度较回火时间对回火质量的影响大。
实施例1：
将16mm厚07MnNiMoVDR淬火后的中厚板加工成
Figure BDA0000469317710000071
圆柱试样；在室温20℃条件下，以10℃/S的升温速率，加热到700℃保温3min,然后以10℃/S降温速率冷却到室温；通过步骤（3）和步骤（4）的方法；得出其回火组织转变规律：0℃-256℃，发生马氏体内碳原子向位错线密集区偏聚；256℃-311℃出现面心立方残余奥氏体分解转变为体型立方α相；311℃-415℃由于ε-碳化物长大形成渗碳体；415℃-625℃渗碳体球化和α相发生回复；625℃以上回火转变基本完成。
实施例2：
将16mm厚07MnNiMoVDR淬火后的中厚板加工成
Figure BDA0000469317710000072
圆柱试样；在室温20℃条件下，以20℃/S的升温速率，加热到650℃保温3min,然后以20℃/S降温速率冷却到室温；通过步骤（3）和步骤（4）的方法；得出其回火组织转变规律：0℃-266℃，发生马氏体内碳原子向位错线密集区偏聚；266℃-330℃出现面心立方残余奥氏体分解转变为体型立方α相；330℃-430℃由于ε-碳化物长大形成渗碳体；430℃-623℃渗碳体球化和α相发生回复；623℃以上回火转变基本完成。
实施例3：
将12mm厚Q460淬火后的中厚板加工成
Figure BDA0000469317710000081
圆柱试样；在室温20℃条件下，以5℃/S的升温速率，加热到700℃保温3min,然后以5℃/S降温速率冷却到室温；通过步骤（3）和步骤（4）的方法；得出其回火组织转变规律：0℃-279℃，发生马氏体内碳原子向位错线密集区偏聚；279℃-360℃出现面心立方残余奥氏体分解转变为体型立方α相；360℃-480℃由于ε-碳化物长大形成渗碳体；480℃-631℃渗碳体球化和α相发生回复；631℃以上回火转变基本完成。
实施例4：
将16mm厚NM400淬火后的中厚板加工成
Figure BDA0000469317710000082
圆柱试样；在室温20℃条件下，以10℃/S的升温速率，加热到750℃保温3min,然后以10℃/S降温速率冷却到室温；通过步骤（3）和步骤（4）的方法；得出其回火组织转变规律：0℃-293℃，发生马氏体内碳原子向位错线密集区偏聚；293℃-380℃出现面心立方残余奥氏体分解转变为体型立方α相；380℃-485℃由于ε-碳化物长大形成渗碳体；485℃-661℃渗碳体球化和α相发生回复；661℃以上回火转变基本完成。

Claims (4)

1.一种回火过程中组织转变规律的测定方法，其特征在于：首先获得回火膨胀曲线数据，通过模型数据处理，得出回火膨胀速率曲线，结合金属学常识可快速得到回火组织转变规律。
2.按照权利要求1所述一种回火过程中组织转变规律的测定方法，其特征在于：所述模型数据处理方法为总膨胀量对时间求导，过滤掉由于热膨胀引起的速率线性部分，测出由于回火相变析出引起的膨胀速率变化，从体积膨胀速率上可以直观快速的得出回火组织转变温度起始值和组织转变规律。
3.按照权利要求1所述一种回火过程中组织转变规律的测定方法，其特征在于：所述得出回火膨胀速率曲线过程为：
由于回火组织转变造成膨胀量由两部分组成：热膨胀引起的膨胀量和相变和析出引起的膨胀量，
Δ总＝Δl热+Δl相（1）
其中：Δ总为总膨胀量，
Δl热为由于热膨胀引起的膨胀量，
Δl相为相变和析出引起的膨胀量，
Δl热＝α*ΔT*V=v加*t*α*V（2）
其中：α为热膨胀系数，
ΔT为温度变化值，
V为原始体积，
v加为回火温度升高速率，
将（2）代入（3）中并对时间t求导，可得：
Figure FDA0000469317700000021
其中：t为时间，
v相由于相变引起的膨胀速率，
v加为回火温度升高速率。
4.按照权利要求1所述回火过程中组织转变规律的测定方法，其特征在于：取待测定回火组织转变规律的试验试样，通过机械车削加工加工成
Figure FDA0000469317700000022
光滑圆柱试样；设定好回火的工艺方法的参数；通过相变仪器测定体积膨胀量与温度的关系曲线；对所得体积膨胀量与温度的关系曲线进行模型数据处理，得出“膨胀速率-温度”连续转变规律；通过观察膨胀速率变化的峰值起始温度，结合金属学常识得出回火过程中组织转变温度起始值，从而快速得出回火组织转变规律。
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