原始組織對T10A鋼奧氏體晶粒長大的影響

1、原始組織對 T10A 鋼奧氏體晶粒長大的影響蘇德達(dá)(天津大學(xué) 300072摘 要 對 T10A 鋼 試樣在真空加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大現(xiàn)象進(jìn)行動態(tài)觀察 , 繪制晶粒長大動 力學(xué)曲線 , 分析和 討 論影響奧氏體晶粒長大的各種因素。試驗(yàn)結(jié)果表明 , 原始 組織為片狀珠光體或非平衡組織 (如下 貝氏體或 馬氏體 比粒狀珠光體形成的奧氏體晶粒具有更強(qiáng)烈的長大趨勢 , 前三者的急劇長大溫 度在 1000 左右 , 后者 在 1100 左右。關(guān)鍵詞 T10A 鋼 ; 原始組織 ; 真空加熱 ; 奧氏體晶粒長大 ; 動力學(xué)觀察 中圖分類號 TG151. 1Influence of Original Stru

2、ctures on Austenitic Grain Growth of T 10A SteelSu Deda(Tian jin University 300072Abstract To observe the austenitic grain growth dynamically of T10A with differen t original structures during heatin g in vacuum. Dynamics curves of the aus teni tic grai n growth are sketched and the influence on the

3、m are analysed and discussed.The experiment re sults show that the tendency of aus teni tic grain growth of the specimen with fine laminar pearlite or u nequilibriu m s tructures, such as lower benite or martensite, is more than that of the specimen with the granular pearlite structure. The temperat

4、ure of austenitic grain suddenly growth for three former ! s specimens is at 1000 ,the latter at 1100 .Keywords T 10A steel; original structure; heating in vacuu m; austenitic grain growth; dynamics observation1 不同原始組織試樣實(shí)驗(yàn)材料為 T10A 鋼棒 , 經(jīng)過球化退火的棒材 , 原始組織為勻細(xì)的粒狀珠光體 , 硬度為 85HRB 。將棒料經(jīng)機(jī)械加工成 7mm 10mm 試樣。觀察面

5、為 5. 5mm, 距此表面 2. 2mm 處鉆一個(gè) 1. 5mm 小孔 , 用來安裝測量試棒表面附近溫度的熱電偶高溫計(jì)。 將這些小試樣分成幾組 , 其中 3組試樣分別進(jìn)行等溫退火 (1000 1h 于 660 等溫 15min, 再隨爐 冷卻 、 等溫淬火 (860 8min 于 300 硝鹽爐中 等溫 1h 后在空氣中冷卻 及鹽水中淬火 (780 6min , 獲得 4種不同的原始組織 :粒狀珠光體 ; 片狀 珠光體 (99HRB 或 20HRC ; 下貝氏體 (54. 5HRC ; 馬氏體 (64HRC 。原始組織的形貌如圖 1 所示。第 30卷 第 4期 金 屬 制 品 2004年 8

6、月Vol 30 No 4Steel Wire Products August 2004 圖 1 T10A 鋼試樣的 4種不同的原始組織 5002 T10A 試樣奧氏體晶粒長大的動態(tài)觀察將 T10A 鋼試樣放入 MeF-#型高溫顯微鏡的 高溫爐中 , 當(dāng) 真空度達(dá) 4 10-4Torr 條件下 , 按操作 規(guī)程和設(shè)定的熱處理工藝分級加熱至不同溫度、 保 持不同時(shí)間 , 由于試樣表面的選擇性蒸發(fā)而顯露出 奧氏體晶粒的晶界 (即熱蝕溝 , 從而可連續(xù)動態(tài)地 觀察到奧氏體晶粒的形成及長大過程 , 并及時(shí)地進(jìn) 行明、 暗場攝照。 2. 1 片狀珠光體試樣圖 2為片狀珠光體試樣加熱到不同溫度、 保持 適當(dāng)

7、時(shí)間的明場像。觀察發(fā)現(xiàn) :片狀珠光體試樣在真空加熱到 725 時(shí)就能看到細(xì)小的奧氏體晶粒。圖 2a 是在 750 保溫 30min 時(shí)的明場像 , 它和 725 形成的奧氏體晶粒大小極相 近。當(dāng) 加熱溫度升 高到 8001000 時(shí)其晶粒逐步長大 ; 圖 2b 為 900 保溫 25min 時(shí)的照片 , 它比圖 2a 已有明顯長大。 圖 2c 為 1000 保溫 6min 時(shí)的照片 , 其晶粒又比 圖 2b 要粗些 , 可能由于保溫時(shí)間太短 , 晶粒長大似 乎不顯著。但當(dāng)加熱溫度 升高到 1100 時(shí) , 奧氏 體晶粒急劇長大 , 一個(gè)視場內(nèi)看不到一個(gè)完整的晶 粒。這組照片 反 映 了 原 始

8、組 織 為 片 狀 珠 光體 的 T10A 鋼試樣 在真 空加 熱時(shí) 奧氏 體晶 粒 的長 大情 景。圖 2 片狀珠光體 T10A 鋼不同溫度下的奧氏體晶粒 20046 金 屬 制 品 第 30卷2. 2 馬氏體試樣原始組織為馬氏體 (M+A %+K % 的 T10A 鋼試 樣加熱到不同溫度 , 保持適當(dāng)時(shí)間的照片如圖 3所 示。由圖 3a 可見 , 馬氏體屬于非平衡組織 , 用它作 原始組織時(shí)在真空加熱到 750 保溫 20min 已能觀 察到細(xì)小的奧氏體晶粒 , 比片狀珠光體形成的晶粒 (見圖 2a 還細(xì)小 ; 但是 , 繼續(xù)升溫時(shí) , 其奧氏體晶粒有強(qiáng)烈的長大趨勢 (見圖 3中 be 。

9、在 800900 時(shí)奧氏體晶界比較平直 , 其夾角互成 (接近 120&, 而且在其晶內(nèi)出現(xiàn)了明顯的孿晶。當(dāng)加熱溫度升到 10001100 時(shí) , 奧氏體晶粒的長大趨勢又有所 降低 (見圖 3中 e, f , 這和片狀珠光體原始組織比較 有顯著的差別。圖 3 馬氏體 T10A 鋼不同溫度下的奧氏體晶 粒 (暗場 , 2002. 3 下貝氏體試樣下貝氏體試 樣觀察結(jié)果 如圖 4所 示。眾所 周 知 , 下貝氏體也是一種非平衡組織 , 形成奧氏體后 , 晶粒的長大和馬氏體的非常類似。由圖 4a 中暗場 照片可見 , 低于 800 時(shí)形成的奧氏體晶粒非常勻細(xì) , 但 在 800 保溫 29min,

10、局部細(xì)小晶 粒合并長 大 , 到 900 保溫 15min 后 , 勻細(xì)晶粒已大部分消 失 , 長成了較大的晶粒 , 而且出現(xiàn)了孿晶 (雙晶 , 晶 界比較平直 , 界面夾角明晰 , 逐漸接近 120&。加熱至 950 僅保溫 2min, 開始出現(xiàn)大晶粒 (由較大晶粒47 第 4期 蘇德達(dá) :原始組織對 T10A 鋼奧氏體晶粒長大的影響吞并周圍的小晶粒 , 這個(gè)溫度 俗稱急劇長大 溫度 t G 。若將加熱溫度提高到 1000 保溫 13min 時(shí) , 殘留滲碳體質(zhì) 點(diǎn)數(shù)顯 著減 小 , 在整個(gè) 視場 內(nèi)只 看 到幾個(gè)粗大的 奧氏體 晶粒 , 在 角或邊 附近 出現(xiàn) 一些孿晶 (或半孿晶 , 單

11、 線孿晶、 雙線 孿晶 , 晶界夾 角接近 120&。 此時(shí) , 奧 氏體 晶粒由 于大 小相 差不 多 , 形狀結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定 , 其長大速率又 有減小的趨 勢。圖 4 下貝氏體 T 10A 鋼不同溫度下的奧氏體晶粒 (暗場 , 200當(dāng)該試樣加熱到 1300 時(shí) , 由于它接近 Fe-Fe 3C 相圖中的固線 (JE 線 , 在高溫顯微鏡下觀察到 新舊 (晶界并存的奇異現(xiàn)象 , 由此新舊晶界的走向 可明顯判斷較小晶粒如何被瓜分 , 而被大晶粒吞并 后變成更大晶粒的過程。2. 4 粒狀珠光體試樣圖 5為粒狀珠光體試樣 的試驗(yàn)結(jié)果 , 其中 圖 5中 a, b, c 為暗場像 , 圖 5d 為明

12、場像。由圖 5可見 , 原始組織為粒狀珠光體的 T10A 鋼試樣在真空加熱 條件下于 800 保溫 35min 形成的奧氏體 晶仍然 相當(dāng)勻細(xì) , 它和原始組織為片狀珠光體等比較時(shí)要 細(xì)小。升溫到 900 保溫 6min 時(shí) , 在視場 內(nèi)局部 開始形成較大晶粒 , 和其它 3種原始組織在相同或 類似加熱溫度下形成的奧氏體晶粒尺寸比較 , 仍然 相當(dāng)勻細(xì)。當(dāng)加熱溫度提高到 1000 時(shí) , 其晶粒 大小差異更大 , 其中上述 3種原始組織形成的奧氏 體晶粒最粗 (尺寸相近 , 但粒狀珠光 體者最細(xì) , 即 使加熱溫度達(dá) 1100 保溫 3min 時(shí) , 其晶粒 尺寸 仍比前三者在 1000 加

13、熱 時(shí)形成的 奧氏體晶 粒 48 金 屬 制 品 第 30卷 圖 5 粒狀珠光體 T10A 不同溫度下的奧氏體晶粒 200試驗(yàn)表明 , 在真空加熱條 件下 , 粒 狀珠光體 的 T10A 鋼試樣形成的奧氏體晶粒比較細(xì)小 , 其長大趨 勢也較小 , 而且 , 奧氏體開始形成與結(jié)束的溫度均比 由片狀珠光體形成時(shí)要高。此規(guī)律和文獻(xiàn) 1介紹 的相吻合。由于片層狀珠光體組織的相界面積遠(yuǎn)大 于粒狀珠光體 , 故前者在加熱時(shí)形成奧氏體的速度 也遠(yuǎn)大于后者。形成溫度愈低時(shí) , 上述現(xiàn)象將更顯 著。粒狀珠光體形成奧氏體后 , 未溶解的殘留滲碳 體 (或碳化物 質(zhì)點(diǎn)較多 , 它需要更長的溶解和成分 均勻化時(shí)間。故

14、在一般生產(chǎn)條件下 , 對于具有粒狀 珠光體的金屬制品或零部件應(yīng)選取較高的淬火加熱 溫度。3 T10A 鋼奧氏體晶粒長大動力學(xué)研究 3. 1 奧氏體晶粒長大動力學(xué)曲線的繪制奧氏體晶粒長大動力學(xué)研究主要是闡明加熱溫 度、 加熱時(shí)間等因素對其晶粒長大的影響規(guī)律 , 一般 用其動力學(xué)曲線表述。首先測出上述金相照片的奧 氏體晶粒的數(shù)目 (例如 135膠卷拍 攝的照片、 取 36mm 24mm=864mm 2面積 , 在放大 80倍下計(jì)算晶 , 面積 S 平均 , 則 S 平均 =照片面積 S N=36 24 106/802N 。以 S 平均 為縱坐標(biāo) , 加熱溫度為橫坐標(biāo) , 就可 繪出不同原始組織的

15、T10A 鋼試樣在真空加熱條件 下形成的奧氏體晶粒長大動力學(xué)曲線 , 如圖 6所示。1 粒狀珠光體 ; 2 片狀珠光體 ; 3 下貝氏體 +少量屈氏體 ; 4 馬氏體 +少量奧氏體和滲碳體 圖 6 不同原始組織的 T 10A 鋼試樣在真空加熱時(shí)奧氏體晶粒長大動力學(xué)曲 線圖 6清楚地表明 , 4條曲線的變化趨勢非常類 似。 4種不同原始組織的 T10A 鋼試樣在真空加熱條件下 , 奧氏體晶粒長大 (用平均面積 的增加來表 示 隨其加熱溫度 (保持適當(dāng)時(shí)間 的升高呈指數(shù)關(guān) 系增大。從這組動力學(xué)曲線走勢看 , 大體可分為 3階段 :在 1000 以下為奧 氏體晶粒 加速長大 期 ; 超過 1000 至 1100 為急劇長大期 ; 在 1100 以上時(shí)加熱又變?yōu)殚L大減速期。由于 在每個(gè)加熱 溫度下保溫 時(shí)間 不相等 , 特 別是在 更高 溫度 加熱 時(shí) , 奧氏體晶粒長大速率和成分均勻化過程遠(yuǎn)比較 低溫度時(shí)強(qiáng)烈 , 試驗(yàn)技術(shù)也比 較困難 , 容易發(fā)生事 故 , 所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少 , 故