贝氏钢轨冷却过程组织演变规律研究要点课件.ppt

1、汇报人：魏新汇报人：魏新级材料与冶金学院冶金卓越班级材料与冶金学院冶金卓越班近年来,随着各国铁路工业向高速、重载方向发展,对钢轨及辙叉的性能也相应提出了更高的要求。珠光体钢轨, 在现有的技术条件下已很难满足需求，这就促使人们去研究、开发可替代的新钢种，贝氏体钢以其优良的强韧性配合引起了各国钢轨材质研究者们的注意,并开展了广泛的研究。 按合金成分可分为Mo-B系或Mo系贝氏体钢,Mn-B系贝氏体钢,Si-Mn-Mo系准贝氏体钢，Mo-B系贝氏体钢20世纪50年代,英国P. B. Pickering等人发明了Mo-B系空冷贝氏体钢,由于Mo对贝氏体转变推迟作用低于珠光体转变,且B可推迟铁素体转变,

2、所以Mo和B的结合可使钢在相当宽的连续冷却速度范围内获得贝氏体组织。因此该贝氏体钢系的开发引起了当时人们的广泛关注,但因Mo的原料价格偏高,同时又由于Mo-B钢的贝氏体组织转变温度高,产品强度、韧性较差。要降低此温度,必须将Mo-B钢复合合金化,将进一步提高成本,于是其推广受到了一定程度上的限制。贝氏体钢的发展与创新 Mn -B系贝氏体钢该钢系的代表人物是清华大学方鸿生。他于20世纪70年代初在研究中发现,当Mn在一定含量时,使过冷奥氏体等温转变曲线上存在明显的上下C曲线分离,Mn与B的结合,使高温转变孕育期较中温转变增长,以此为理论依据成功地用普通元素即可进行合金化,发明了Mn -B系空冷贝

3、氏体钢。适量的Mn在获得空冷贝氏体钢的同时,显著降低贝氏体相变温度,增加了强度和韧性。由于Mo的价格为Mn的30倍,因此Mn -B系空冷贝氏体钢在推广中较Mo -B系存在一定优势,近年来成为贝氏体钢发展的主要方向。 Si-Mn -Mo系准贝氏体钢西北工业大学的康沫狂、杨延清等人研制了Si-Mn -Mo系准贝氏体钢。他们在钢中加入Si、Al等阻碍碳化物析出的合金元素,在空冷时得到贝氏体铁素体和奥氏体组成的非典型或碳化物贝氏体,称为准贝氏体。钢中合金元素的加入,推迟了CCT图中铁素体和珠光体的开始转变线,而对贝氏体析出线影响不大。从而在较大的冷却速度范围内获得贝氏体组织,同时可以阻碍碳化物的析出。

4、该钢系是在贝氏体钢基础上发展起来的一类新型钢种,它既保持了贝氏体钢优异的热处理和焊接工艺性,又改善了强韧性配合,并具有高的疲劳强度和耐磨性,其综合性能超过了同强度级别的调质钢以及某些超高强度钢。实验内容实验内容 采用膨胀法,辅以金相法、硬度法测定了2种成分试验贝氏体钢轨钢的连续冷却转变曲线,对不同冷速下获得的金相组织进行观测,同时分析讨论了成分的选择及合金元素的作用。 一一. 试验材料及方法试验材料及方法1.1 实验材料实验材料 所研究的贝氏体钢为Mn-B系,其中碳的质量分数为0.2%0.4%,其他合金的质量分数见表1。试验材料由50 kg真空感应炉冶炼,采用铝脱氧,硫的质量分数控制在0.01

5、%以下,浇注成重约37 kg的钢锭,开锻温度为1 150,终锻温度不低于850,锻后空冷。元素（Si+Mn）/% （Cr+Mo+V+B）/% (P,S)/%1号 2.5 1.26 0.012号 3.2 1.18 0.01表1 钢锭化学成分分析结果1.2实验方法实验方法 测定连续冷却转变曲线采用膨胀法,试验在Gleeble-1500热应力-应变模拟试验机上进行。试样以10/s的速度加热至900,保10min,待全部奥氏体化后分别以0.0510/s的速度连续冷却,然后将试样在焊接热电偶处锯开,测试该部位的维氏硬度值,并制取金相样在光学显微镜下观察分析。1.3图像表格的绘制图像表格的绘制将试样冷却时

6、膨胀-温度原始数据绘制出膨胀-温度曲线,再用切线法确定相变开始点温度及结束点温度,然后以温度为纵坐标,时间对数为横坐标,将相同性质的相变开始点和结束点分别连成曲线,并检测不同冷却速度下的最终组织和维氏硬度值及Ms点。连续冷却转变曲线测试表连续冷却转变曲线测试表表2 1号钢种连续冷却转变曲线测试结果表2 2号钢种连续冷却转变曲线测试结果1.4组织图像分析 由试验结果可知,1号钢以0.05/s的冷速连续冷却时所获得的组织以上贝氏体为主,在奥氏体晶界处有块状先共析铁素体存在,如图3(a)所示。随着冷速的提高,出现了典型的粒状贝氏体。在0.32/s的冷速范围内,获得不同数量粒状贝氏体以及少量下贝氏体。

7、图3(b)所示为冷速1/s时的转变组织。 图图1 冷速为2/s时出现羽毛状上贝氏体和少量的粒状贝氏体,见图1(a)。当冷速达到10/s时,所获得的组织为板条马氏体,如图1(b)所示。图1 1号钢冷速为2/s、 10/s时的金相组织图图2 2号钢种以0.05/s的冷速冷却时,在奥氏体晶界上有先析出铁素体存在,奥氏体晶粒内为无碳化物贝氏体-粒状贝氏体以及少量粒状组织。光学金相照片如图2所示。图2 2号钢冷速为0.05/s、 0.8/s时的金相组织图图3 冷速在0.33 /s之间递增时,所获得的组织为混合组织,包含粒状贝氏体,典型上贝氏体及少量下贝氏体,随着冷速的加快,粒状贝氏体的数量减少,典型羽毛

8、状上贝氏体量增多,如图3所示。冷速达到10 /s时,所获得的组织为板条马氏体。Ms点为344 ,金相组织见图3(b)。图3 2号钢冷速为2/s、 10/s时的金相组织( 1 )从所得到的2种成分C曲线可以看出,试验钢中由于Mo、B的联合作用,使其贝氏体转变曲线向左凸出,这样,在较宽的冷速范围内就可得到以贝氏体为主的组织。贝氏体开始转变温度为500 左右。( 2 ) 2种成分试验钢获得以贝氏体为主组织的冷速范围分别为0.3 2 /s、0.33 /s,其最佳冷速范围均为0.81.5 /s。( 3 )随着冷速的增加,试验钢种的组织中粒状贝氏体、马氏体/奥氏体岛数量减少,上贝氏体铁素体板条数量增加,且板条变窄,到4 /s时,得到以板条马氏体为主的组织。( 4 )合金元素的选择要考虑在相当宽的冷速范围内得到所要求的贝氏体组织,同时考虑合金元素对贝氏体钢的强化作用及韧塑性的影响。二二.结论结论