奧氏體晶粒細(xì)化的研究

奧氏體晶粒細(xì)化的研究摘要：在Gleeble1500熱模擬機(jī)上以SS400鋼為研究對(duì)象，用冷加工+回火再結(jié)晶和冷加工+a\逆相變等工藝，研究了冷變形對(duì)馬氏體 （鐵素體）再結(jié)晶行為的影響以及奧氏體晶粒細(xì)化的方法。結(jié)果表明：低溫變形對(duì)板條馬氏體的再結(jié)晶行為有一定影響，并且由于低溫變形后快速升溫的鐵素體回復(fù)、再結(jié)晶與奧氏體（鐵素體）相變等相繼發(fā)生，從而得到比較細(xì)小的奧氏體晶粒。關(guān)鍵詞：奧氏體；逆相變；鐵素體；晶粒細(xì)化；馬氏體1引言由于晶界的優(yōu)先形核作用，如奧氏體晶粒細(xì)小，則晶界總面積提高，晶界 形核貢獻(xiàn)加大，因而導(dǎo)致鐵素體晶粒細(xì)化。然而，當(dāng)相變伴隨形變時(shí)，由于形變導(dǎo)致位錯(cuò)纏 結(jié)、變形帶、孿晶等晶體缺陷密度提高，晶內(nèi)形核貢獻(xiàn)加大，原始奧氏體晶粒尺寸作用有所下降。多年來(lái)，學(xué)者們對(duì)高溫下奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶及晶粒細(xì)化問(wèn)題進(jìn)行過(guò)深入的研究[1-6]。Grange等曾在1965年提出兩種細(xì)化奧氏體晶粒的方法[1]，一是在Ac3點(diǎn)附近施加大變形，得到完全再結(jié)晶組織后快冷的所謂“形變熱處理工藝” ；二是在室溫與Ac3點(diǎn)之間的所謂“快速加熱冷卻循環(huán)工藝”。作者以SS400鋼為對(duì)象，采用冷加工+回火和冷加工+a-Y逆相變等工藝，研究了冷加工對(duì)馬氏體（鐵素體）再結(jié)晶行為的影響以及馬氏體預(yù)變形對(duì)奧氏體形成的影響，旨在探討細(xì)化奧氏體晶粒的方法。試樣制備與試驗(yàn)方法2.1試樣制備原材料為寶鋼生產(chǎn)的熱軋SS400鋼，加工成＜8mmx15mm的柱狀試樣，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）為0.117C，0.023Si，1.19Mn，0.016P，0.0007S。2.2試驗(yàn)方法將試樣沿軸線切開(kāi)，經(jīng)金相制作和用過(guò)飽和苦味酸+十二烷基苯磺酸鈉溶液熱蝕顯示奧氏體晶界；4%硝酸酒精腐蝕顯示鐵素體晶界，在光學(xué)顯微鏡下觀察顯微組織。在Gleeble1500熱模擬機(jī)上進(jìn)行二個(gè)試驗(yàn)：（1）冷加工對(duì)馬氏體（鐵素體）再結(jié)晶行為的影響。先將試樣以

3C/s的加熱速度加熱到1100C，保溫3min后快速水冷到室溫，然后分別以 0%、30%、60%的變形量進(jìn)行冷變形。經(jīng)冷變形后的試樣再加熱到 650C或700C保溫3min后淬火。⑵馬氏體形變對(duì)奧氏體形成的影響。將⑴中0%、60%冷變形量的試樣再加熱到870C，保溫3min后淬火。試驗(yàn)結(jié)果3.1形變馬氏體的再結(jié)晶行為由圖1可見(jiàn)，未經(jīng)形變馬氏體在650C回火3min后，板條依然保存，但板條粗化而且有碳化物產(chǎn)生。30%形變馬氏體在650C回火3min后，可以觀察到一些可能是細(xì)小的鐵素體再結(jié)晶晶粒。當(dāng)回火溫度為700C時(shí)，馬氏體已完全被鐵素體晶粒和碳化物代替，鐵素體已再結(jié)晶為細(xì)小的晶粒。同時(shí)，隨變形量的增加，板條馬氏體更容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。3.2預(yù)形變對(duì)奧氏體形成的影響由圖2可見(jiàn)，原始奧氏體平均粒徑為100口m,保溫15s后，細(xì)小的球狀?yuàn)W氏體在原始奧氏體邊界優(yōu)先形成，在原始奧氏體晶粒內(nèi)部也可以看到有粒狀?yuàn)W氏體；保溫時(shí)間延長(zhǎng)到 60s后，細(xì)小的奧氏體晶粒粗化；保溫180s后，奧氏體化完成，平均奧氏體粒徑為 20口m。由圖3可見(jiàn)，在保溫10s后，板條狀馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和細(xì)小的碳化物，但在某些區(qū)域依然保持著板條的痕跡。在原始奧氏體晶界岀現(xiàn)細(xì)小的奧氏體。保溫16s后，細(xì)小的奧氏體顆粒粗化，數(shù)量增多。保溫 60s后，奧氏體化完成，奧氏體平均粒徑為 12口m。4討論4.1形變板條馬氏體（鐵素體）的再結(jié)晶未經(jīng)形變的馬氏體板條形貌是穩(wěn)定的，即使在通常的回火過(guò)程中也保持不變。一般認(rèn)為，盡管馬氏體具有高密度位錯(cuò)，與冷變形鐵素體相比，未經(jīng)形變馬氏體很難發(fā) 生再結(jié)晶，這主要?dú)w因于析岀的細(xì)小碳化物抑制邊界遷移而延遲再結(jié)晶。作者對(duì)冷變形馬氏體加熱時(shí)觀察到再結(jié)晶，一些報(bào)道 ［1，4］也表明形變馬氏體回火時(shí)易發(fā)生再結(jié)晶，因?yàn)槲葱巫儼鍡l馬氏體已經(jīng)包含高密度位錯(cuò)，因而形變板條馬氏體再結(jié)晶的發(fā)生不能簡(jiǎn)單地解釋為位錯(cuò)密度的增加。這可能是形變板條馬氏體在某種程度上抑制了回復(fù)并保存了足夠的再結(jié)晶形核驅(qū)動(dòng)力，一些學(xué)者［1，5］通過(guò)TEM觀察到未形變與形變板條馬氏體之間在回復(fù)過(guò)程中沒(méi)有多大差別，這表明冷軋板條馬氏體幾乎不影響馬氏體的回復(fù)過(guò)程?？梢哉J(rèn)為形變板條馬氏體再結(jié)晶發(fā)生的主要原因是通過(guò)冷加工與形變鐵素體有相似的行為，在基體中導(dǎo)入不均勻變形區(qū) （有利于再結(jié)晶形核）。

(a)未經(jīng)變形650Cx3min回火 (b) 30%變形650Cx3min回火(c) 60%變形650Cx3min回火 (d) 60%變形700Cx3min回火圖1室溫形變馬氏體和回火溫度對(duì)再結(jié)晶行為的影響圖2未形變馬氏體在870C保溫的奧氏體化過(guò)程(a) 10s (b) 16s (c) 60s圖3 60%形變馬氏體870C保溫時(shí)奧氏體化過(guò)程4.2馬氏體形變對(duì)奧氏體形成的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，未經(jīng)形變的板條馬氏體經(jīng)奧氏體化后，在保溫同樣的時(shí)間內(nèi)，奧氏體晶粒大小與形變馬氏體的明顯不同。隨變形量的增加，奧氏體晶粒尺寸明顯減小。未經(jīng)形變的板條馬氏體加熱時(shí)，奧氏體直接在回火馬氏體板條上形成，奧氏體晶粒優(yōu)先在原始的奧氏體晶粒邊界析出。而板條馬氏體形變后，再結(jié)晶先于奧氏體的形 成或與之同時(shí)發(fā)生，奧氏體在再結(jié)晶的細(xì)小鐵素體晶粒邊界形核。因此，形變?cè)嚇拥膴W氏體形成行為與未經(jīng)形變?cè)嚇佑兴煌?。盡管變形量的增加只輕微加速再結(jié)晶，然而奧氏體的形成卻隨著變形量的增加而加速，由此，奧氏體化行為 (奧氏體晶粒大小)由馬氏體的再結(jié)晶和奧氏體的形成共同控制。5結(jié)論形變馬氏體回火時(shí)易發(fā)生再結(jié)晶，其主要原因是通過(guò)冷加工在基體中導(dǎo)入不均勻