铜基材料热变形与热加工工艺最新章节_张毅著

2.4　测定CCT曲线试验

热/力学模拟机是采用热膨胀法测定CCT曲线的，利用钢在相变时体积发生膨胀或收缩的原理来确定钢的转变温度。

2.4.1　试验原理

当材料在加热或冷却过程中发生相变时，若高温组织及其转变产物具有不同的比体积和膨胀系数，则由于相变引起的体积效应叠加在膨胀曲线上，破坏了膨胀量与温度间的线性关系，从而可以根据热膨胀曲线上所显示的变化点来确定相变温度。

当高温奥氏体在连续冷却过程中发生相变时，试件的长度将发生变化，并符合下列关系：

Δ L =Δ L _V + Δ L _T

式中，Δ L 为试样加热或冷却时全膨胀量；Δ L _V 为相变体积效应引起的长度变化量； Δ L _T 为温度变化引起的长度变化量。

Δ L _T = α Δ T （ α 为金属的热膨胀系数，Δ T 为温度变化量）。对于用Gleeble试验机测试CCT图时，长度是指圆柱体试样的直径。

2.4.2　试验方法

试样尺寸： ϕ （3～10）mm×（80～120）mm；

在Gleeble试验机上按设定的加热速度加热到最高温度［对于一般热处理的CCT图，其最高加热温度为 T _max = A _c3 +（50～150℃），加热升温时间为120～300s，保温时间为180～300s］，保温一定时间后，控制冷却速度进行冷却；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（或称膨胀量），参见图2-22、图2-23；根据膨胀量-温度曲线确定不同连续冷却过程中的相变点（曲线中的转折点，一般用切线法找出，参见图2-24），并根据各种冷却速度下的硬度值，绘制CCT图。

图2-22　Gleeble热模拟试验机热

图2-23　CCT测试奥氏体化条件

图2-24　膨胀量-温度实测曲线

实例4：含硼冷锻钢10B21钢连续冷却转变规律及组织研究 ^［5］

10B21钢是一种8.8级较高强度的含硼冷锻钢。传统的8.8级强度的冷锻钢是35K，35K属于中碳钢，在冷锻加工前需要球化退火处理以降低强度。10B21属于低碳钢，可省去球化退火工序以降低成本，冷锻成螺栓后经热处理达到8.8级强度，而硼可提高热处理时的淬透性。为了在10B21钢的热轧控冷后获得稳定的组织和性能，为此钢种的热轧控冷和热处理工艺的制定提供依据，需要测定该钢种的连续冷却转变曲线（CCT），并检测不同冷却速度时转变产物的显微组织和硬度。

（1）试样制备及试验方法

试验材料的化学成分如表2-5所示，试样尺寸见图2-25。

表2-5　试验材料10B21钢的化学成分（质量分数） ^［5］单位：%

图2-25　CCT试样尺寸示意图

（2）试验程序

①10B21钢预定奥氏体化温度为940℃。将试样以10℃/s速度加热到奥氏体化温度，保温5min后，分别以速度0.2℃/s，0.5℃/s，1℃/s，2.5℃/s，5℃/s，10℃/s，15℃/s，20℃/s，30℃/s，45℃/s，60℃/s，75℃/s冷却到室温。测定试样膨胀量随时间变化的曲线，如图2-26所示。

图2-26　静态CCT测定实验热历程 ^［5］

②将测完的试样经过镶嵌，打磨，抛光后，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，然后在金相显微镜和扫描电镜下观察其微观组织形貌。

③采用维氏显微硬度计测定各冷却后试样的硬度。

④根据不同冷却速度膨胀曲线上的拐点（切点或极值点），结合金相组织和硬度数据确定不同冷速时的相变温度，并绘制CCT曲线。

（3）试验结果

①转变临界点温度的测定结果

根据加热过程试样的热膨胀情况，确定加热时铁素体→奥氏体的开始温度 A _c3 ，加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度 A _c1 ；由0.2℃/s连续冷却过程膨胀曲线确定冷却时开始析出铁素体临界点 A _r3 ，与析出珠光体临界点 A _r1 ，由直接水冷的膨胀曲线可确定 M _s 点。测定结果为： A _c3 =841℃， A _c1 =740℃； A _r3 =783℃， A _r1 =718℃； M _s =416℃。