硅在低碳合金钢中作用的研究(I)—硅对过冷奥氏体...

q 上 L 。 一 7 硅在低碳合金钢中作用的研究(I) 一 硅对过冷奥氏体转变动力学的影响 包头钢铁学院(邮编o1 4 l∞ 强监 王 宰 V 西北工业大学 鹰蓝堑 1百 ln。 【摘要l针对一种低碳 si Mn—Mo系贝氏体钢，研究了Si含量对过冷奥氏体连续玲却转变动 力学 曲线 的影响．井用渗碳法j曼I定了不同台Si量的钢中碳原子在奥氏悻中扩散能力的大小漕 果表明；(1)提高 岛 含量，锕的高温先共析铁索体析出 c曲线左移，而中温转变(包括粒状贝氏体和粒状组织)c曲线右穆；(2) 在高温区．田si可提高碳的活度从而增加碳原子在奥氏悻中的扩散系数 在中温区·因Si可±酗ⅡFe原子的 结合力而可提高碳原子扩散的澈活能．从而可减小碳在奥氏体中的扩散系数。本文中对上述结果从理论上 进行了分析 关蕾诃．堕 旦堕堡 壁垦i The Study on the Effect of Silicon in Steels(Part I) — — Influence of Silicon on the Continuous Cooling Transformation Dynamics of Undercoo led Austenite Zhe ng Mingxing，W ang Jan，Kang M nokuang [Abstract] This paper deals with the influence of Ml~on content on the continuous cooling transformation dynami~ of undercooled austenite in low carbon Si—Mn—M o bainRe steels．The dif- fusivlty of carbon in austenite in the various mHcon content steels arc studied by carhur~afion． The results show that：(1)as the silicon content in the stee1s increasing，the c~'r-curve of prceu— tecmid ferrite at the higher temperature shifts to the left and the CCT—curve of the immediate transformation tends to the righti(2)the diffusion coefficient of earbo~in austenite is increased at hj曲el"temperature because of silicon improving the activity of carboa．And the diffusion coeffi— dent is decreased at lower tempe rature becauge of~lmon increasing the combining force of iron atom and increasing the diffusion activation energy of carbon atom ． Key w0fds：Mlicon，CCT—curve，cafbon atom diflu on 一 、 前 言 一 般认为，si可增加过冷奥氏体的稳定性、 延长先共析铁素体(F)析 出和珠光体(P)转变 和贝氏体(B)转变的孕育期口。 ．即使 C曲线右 移 但 si作为缩小 Y相区的元素．对这一结论 尚需进一步探讨。此外t文献嗍指出，s{在奥氏 体中提高碳原子的活度．但同时叉降低 n 原子 的活动性，增加 Fe在固溶体中的结合能，从而 减小了碳在奥氏体中的扩散系数(OD．增大了 碳在奥氏体中的激活能(QD，总的效果是 sj降 低碳在奥氏体 (A)中的扩散能力 但在不同的 温度范围内，Si的这一作用可能不尽相同。本文 将从理论和试验两个方面对此进行分析研究。 《盘属热处理M992年第8期 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 二、试验方法 为研究 Si对低碳合金钢在连续冷却条件 下奥氏体转变动力学的影响，用膨胀法测定了 三种含 Si量不同的低碳 Si—Mn—Mo系贝氏体钢 的 CCT曲线。这三种钢为 BZ一1l一】2、BZ—l】一l 3 和BZ-11-6，它们的C、Mn、Mo含量相同，分别 为0．1 2、3．0和0．25 ，Si含量依次为0．1l、1． 和2．17 。试验 在光学膨 胀仪上进行 ， 3．6× 50ram试样经930℃×l Omin奥氏体化后． 不 同冷却速度冷却(93O'C至300~C之间的平均冷 速 以 n 表示)，在膨胀曲线上用峰点法测定相 变点，然后绘制 CCT曲线 碳的扩散是钢渗碳的主要过程，在一定温 度、时间和碳势下 ，钢的渗层深度可以反映碳原 子在钢中扩散速率的大小。因此本文用渗碳法 研究了si对奥氏体中碳原子扩散的影响。试验 用钢的化学成分列于表1。所用试样的尺寸为 艟7×lOOmm，渗碳温度为930±5℃，时间为8h， 渗碳气氛的碳势为 97 。试样在相同条件下 渗碳后水淬 ，然后在车床上剥层 (剥层前先切掉 两个端面，以保证两端的渗层不影响剥层分析 结果)，每次在渗碳方向的切削深度为0．2ram， 用化学分析法逐层分析其含碳量 。 。 三、试验结果 1．三种不 同含硅量钢的 ccT曲线 图1是 Bz一11—12、BZ一11—1 3和 BZ一11-6钢 的 过冷奥氏体连续冷却转变动力学曲线。在0．3～ 567℃／ram的拎却速度范围内，高温转变区BZ一 11-12钢无 F析出和 P转变发生；BZ一11-13和 BZ一¨ 一6钢分别在 n<0．5℃／ram和1 0℃／rain 时出现 F析出 C曲线，而且后者与前者相 比，c 曲线向左上方移动。在上述冷速范围内，没发现 表l 渗碳用钢的化学成分( ) 序号 l o．14 O．23 O．34 O．Ol5 o Ol3 o．15 l 09 o 42 o．017 0．0l4 3 O l 3 1'88 0．48 0 0l7 0．0l6 有 P转变发生。在中温转变区，三种钢均有单一 C曲线．且随着 Si含量提高，曲线向右下方移 动，Ms点降低。由此可以认 为，在低碳合金钢 中，Si使 F析出 C曲线左移，使中温转变 C曲 线右移。 文献 a 指出，低碳合金钢在等温转变时，中 温 区存在粒状组织(Gs)、上贝氏体(Bu)和下贝 氏体(BL)转变，它们有各自独立的C曲线 其中 GS是由块状铁素体基体和上面无序分布的M— A岛组成的一种混合组织 文献 进一步指出， 在低碳低合金钢中，Bu组织多以粒状贝氏体 (Bg)形式存在 ，它是由板条铁素体基体和板条 间呈方向性分布的M—A岛组成，是 Bu的一种 特殊形态。在连续冷却条件下，由于 G-S、Bu(或 Bg)和 B 均为铁素体基体 - ，它们的膨胀效应 基本相同，因而在用膨胀法测得的 ocT曲线上 难以区分，故 中温转变呈单一 C曲线 。三种钢 在不 同冷速下的金相组织示于图2～4．电子衍 射分析和显微硬度测定结果证明图3a和4a的 白亮块是F。由图可以看出，三种钢的中温组织 均由GS和 Bg组成。 2．硅对奥氏体 中碳原子扩散的影响 不同含 si量的钢渗碳后，含碳量与渗碳层 《金属热处理 ~,1,992年第8期 图l BZ—l1-12、BZ-“一l3和 BT~ll一6钢的 CCT曲线 — — BZ—ll—l2钢(0．11 SD ⋯ B} 11—13锕 (I 45 SO 一 —一B} l1-6钢(2．17 轧) 维普资讯 http://www.cqvip.com H 争 同冷 图4 一l1-6钢在不同冷速下的组织 X 800 (a)lC／rain (b)1】7C／rain 深度的关系如图5所示。三条渗碳曲线基本相同 并服从菲克第二定律 ： 等一善 ㈣ 若将该渗碳系统近似地看作半无限大体系中的 扩散处理，则(1)式的解为： c( ， )一c 4- 妄旦(1一 ，( __)) 2 √ 优 (2) 式中 为原始碳浓度； 为试样表面碳浓度 ，即 为渗碳气氛的碳势； 是时间；D为扩散系数。根 据囤5和式(2)，可估算 出试验用钢在930"0时碳 原子在奥氏体中的扩散系数。结果列于表2。 金属热处理~,1992年 爷8期 维普资讯 http://www.cqvip.com 侉层掉匿’mm 活度分 别为 0 ． O6g7 和 0．081 3 ，则有：f 一 图5 不同si含量钢的渗碳曲线 1·l66>0，因此可判定 Si提 高碳在 A中的活 衰2。。蛐℃耐磺在奠黉体中的扩教系截 文献n 指出，s 提高擘在A中活度的同时 — 再 ]—— ——r— ——T—— 一 也增加T Fe在固溶体中的结合舱，使碳原子扩 五=== r；=_ _r 散的激活能 增大，因而降低了碳在A中的扩 ：： 蚕壹 秀 雪 季 譬蓁篙 嚣 嵩 矍量数增大 ，说明在高温下 碳在 中 至 蕞 阳 散 。 ．⋯ ． 、 ． 析出和 P转变)的温度范 围内，由于 Fc原子本 四 、分 析 讨 论 身的活动性较大 ，Si的加入对其不产生很大影 - 硅对碳在奥氏体中活度的影响 响 ，此时 Si提高碳的活度起主要作用，因而 Si 为进一步从理论上研究Si对碳在 A中扩 促进碳在 A中的扩散 。 在温度较低时， 、碳原 散的影响，需讨论碳在A中活摩的问题缔 据 子的活动性都很低，Si的加入使 提高，从而 菲克第一定律t 、 Si抑制碳在A中的扩散 。 J=D譬 (3) 2．硅对低碛合佥钢~CT圈影响的机理 出 式中宝为化学位梯 散的驱动力。 ． 以下薯 簇 显 碳在A中的化学位可表示为： Fe原子活动性较大，si的加入提高了碳在A中 — ’+R 峨 (4 的活度，促进了碳在A中的扩散 @将F析出 其中 是纯碳的化学位} 是碳的活度a 近似看作苹衡过程，则析出驱动力△G为 ]： 影响，在相 同状态下选择具有相 同含碳量 的 △ 一 盯 [对 + ( 一 ：) Fe—C合金中碳的活度 a 进行比较 ，这时化学位 (8) 变化为： 式中 是 A的原始碳量，x ” 是 口、Y两相平 △ = -一 (5) 衡时界面处Y一侧的碳浓度。枉一般低碳钢中， 式中 是碳在 Fe,-Si—c合金中的化学位 ， 为 《 和 x；／ 《1，则l—x：Mn≈l—x1，所以(8)式 碳在Fe,-C合金中的化学位。根据式(d)可得： 中起主要作用的是第一项。由于Si缩小 Y相 △ 一 ( +聊h )一 ( ’+RTI~o)=册 区，由Fe—Fe3c平衡相图知其将使 增大， (6) 从而△ 增大 将式(6)代入(3)则 Si使低碳合金钢中温转变 C曲线右移．这 6 t金】罩I热处理 992年第8期 维普资讯 http://www.cqvip.com 是由于以下三个原因。 (1)中温转变温度较低，si降低碳在 A中 的扩散速率 ，使贝氏体铁素体形核时所需的贫 碳区口 难以形成 ，使 B相变孕育期延长。 (2)Si在高温下促进碳的扩散 ，使碳原子向 位错附近 偏聚，形成柯 氏气团。而在中温 区 si 又抑制碳的扩散，使得高温下形成的柯氏气团 可较稳定存在，钉扎位错，提高 A的强度，使得 贝氏体铁素体形核时的切变 “ 阻力增加，导 致 C曲线右移。 (3)sj对 A的强烈固溶强化作用 】，也增 大贝 氏体铁 素体切变 形核阻力 ，使 C曲线 右 移。 血 、绪 论 (1)在低碳合金钢中，较高温度下硅困提高 碳在奥氏体中的活度而促进了碳在奥氏体 中的 扩散 ；在较低温度下硅增加固溶体中铁原子的 结合能，使硅在奥氏体中的扩散激活能增大．从 而抑制碳在奥氏体中的扩散。 (2)硅使低碳合金钢的高温先共析铁素体 析出c衄线左移，使中温转变 c曲线右移。 参 考 文 献 l 章守华．合金钢．北京；冶金工业出版杜，j981·25 2 王荚天．金属村料学．北京 #帆檀工业出版杜．1927,23 3 靡津狂尊．材料科学进疆 ．1988．2(3)；56 4 张孵星一康津狂．第三屠全国马氏悼相变讨论台地文囊．● 皇岛l J990}120 5 BhadeMliaH K D H．翻 m呻 出 D V．M‘lll1 Tram ．J979．10A} 895 6 康睬狂．材料科学进展．1928，2(3)一12 7 棘租■ -牟埔文．盍■学报．1985，2l；A107 8 Shlf~t G J-^ Iro曲 娟 H 1-血ldIey J且．M酬 Trani，1978．9A} 999 9 FooEH．AcZaMetal1．2973 21d409 J0 棘祖■一潘牧．叠曩学报 ．1989，25~A220 II Wads TtW ads H—Elliott J F—CMpⅡI聃 J．Met~!T性憎 ．1972， 3^ l J657 l2 张明星．西北工业太学博士论文．西安 1990 13 扬垒民，康诛在．金属学报，1990，2B—A235 14 BLmde~ iaH K DH．Edmonds DV．M~ali Sd蛐龆 l1B83，J7| 4l J -7一r p 锌浴淬火镀锌复合工艺的研究 。 机电部武援材料保护研究所(邮编d3。。3。)蚴 。塑皇 强 烁 李 辉 7 ． 中 【摘要】 ~ T15MnVB、40Ct钢在还原性气氛中加热到臭氏体化温度后直接在45O℃左右的锌搭中 等温淬火，在淬火的同时钢件表面畦覆上一层锌·使淬火镀锌一步完成(简称锌淬工艺) 。研究结果表明，锌 淬后的基体为 B下或B下+M -，复相组织，具有良好的综合力学性能 。镀锌层组织为 相、‘相和 相．亦具 有良好的结合强度和抗蚀性能． 关-调 壁竖 苎塑叠坐 墨 笠 一 Study on the Composite Proce~ of J Zinc Bath Quenching and Galvanizing Hu Hailcng，Zhang Liang2de,Znan8 Lian。Li Hui [Al~tract] Tt'ds paper deals with廿Ie composite process of aus妇npering of。teeIs 15M nvB d 40c¨ “ inc bath ab0ut d5O℃ after their austenitizing in reducin$a廿n 唧 he” which ena b】 he。t t ti“g d coating in 。ne operaLion ． The results 3bowed that after the conl k ne蛐 ent th。steel m atrix contains lowef bainite or a mixed micro~tr ucture of 1Ower bainite and a sm ‘ 胡海龙t工程师 一主要从事金属材料表面改性技术的研 究工作 ． ‘金■热处理 ，1992年第8期 7 维普资讯 http://www.cqvip.com