材料加工测定 123
123 材料加工测定
实验一钢连续冷却转变图(CCT曲线)的测定 实验目的 1.了解钢的连续冷却转变图的概念及其应用： 2.了解钢的连续冷却转变图的测量方法特别是热膨胀法的原理与步骤： 3.利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中的相变并测量临界点： 4.建立钢的连续冷却转变图(CCT曲线)。 二. 实验原理 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 的比容和膨胀系数，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。这种根据试样长度的变化研究材料内部组织的变化规律的称为热膨胀法 (膨胀分析)。长期以来，热膨胀法已成为材料研究中常用的方法之一。通过膨 胀曲线分析，可以测定相变温度和相变动力学曲线。 钢的密度与热处理所得到的显微组织有关。 钢中膨胀系数由大到小的顺序为：奥氏体〉铁素体〉珠光体〉上、下贝氏体〉 马氏体；比容则相反，其顺序是：马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体〉碳化物（但 铬和钒的碳化物比容大于奥氏体。从钢的热膨胀特性可知，当碳钢加热或冷却过 程中发生一级相变时，钢的体积将发生突变。过冷奥氏体转变为铁素体、珠光体 或马氏体时，钢的体积将膨胀：反之，钢的体积将收缩。冷却速度不同，相变温 度不同。图1-1为40CMoA钢冷却时的膨胀曲线。不同的钢有不同的热膨胀曲 线。 124
124 实验一 钢连续冷却转变图（CCT 曲线）的测定 一． 实验目的 1． 了解钢的连续冷却转变图的概念及其应用； 2． 了解钢的连续冷却转变图的测量方法特别是热膨胀法的原理与步骤； 3． 利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中的相变并测量临界点； 4． 建立钢的连续冷却转变图（CCT 曲线）。 二． 实验原理 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 的比容和膨胀系数，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。这种根据试样长度的变化研究材料内部组织的变化规律的称为热膨胀法 （膨胀分析）。长期以来，热膨胀法已成为材料研究中常用的方法之一。通过膨 胀曲线分析，可以测定相变温度和相变动力学曲线。 钢的密度与热处理所得到的显微组织有关。 钢中膨胀系数由大到小的顺序为：奥氏体〉铁素体〉珠光体〉上、下贝氏体〉 马氏体；比容则相反，其顺序是：马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体〉碳化物（但 铬和钒的碳化物比容大于奥氏体。从钢的热膨胀特性可知，当碳钢加热或冷却过 程中发生一级相变时，钢的体积将发生突变。过冷奥氏体转变为铁素体、珠光体 或马氏体时，钢的体积将膨胀；反之，钢的体积将收缩。冷却速度不同，相变温 度不同。图 1-1 为 40CrMoA 钢冷却时的膨胀曲线。不同的钢有不同的热膨胀曲 线
59Cm 10的 2000 图1-140 CrMoA钢冷却时的膨胀曲线 连续钢连续冷却转变(Continuous Cooling Transformation)曲线图，简称CCT 曲线，系统地表示冷却速度对钢的相变开始点、相变进行速度和组织的影响情况。 钢的一般热处理、形变热处理、热轧以及焊接等生产工艺，均是在连续冷却的状 态下发生相变的。因此CCT曲线与实际生产条件相当近似，所以它是制定工艺 时的有用参考资料。根据连续冷却转变曲线，可以选择最适当的工艺规范，从而 得到恰好的组织，达到提高强度和塑性以及防止焊接裂纹的产生等。连续冷却转 变曲线测定方法有多种，有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法、末端淬火法等。 除了最基本的金相法外，其他方法均需要用金相法进行验证。 用热模拟机可以测出不同冷速下试样的膨胀曲线。发生组织转变时，冷却曲 线偏离纯冷线性收缩，曲线出现拐折，拐折的起点和终点所对应转变的温度分别 是相变开始点及终止点。将各个冷速下的开始温度、结束温度和相转变量等数据 综合绘在“温度-时间对数”的坐标中，即得到钢的连续冷却曲线图（如图2）。 动态热-力学模拟试验机Gleeble23500测定材料高温性能的原理如下：用主机 中的变压器对被测定试样通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定 的加热速度加热到测试温度。保温一定时间后，以一定的冷却速度进行冷却。在 加热、保温和冷却过程中用径向膨胀仪测量均温区的径向位移量（即膨胀量）， 绘制膨胀量-温度曲线如图1-1所示，测试不同冷却速度下试样的膨胀量-温度曲 线。根据膨胀量-温度曲线确定不同冷却速度下的相转变开始点和结束点，即可 绘制CCT曲线。 125
125 图 1-1 40CrMoA 钢冷却时的膨胀曲线 连续钢连续冷却转变(Continuous Cooling Transformation)曲线图，简称 CCT 曲线，系统地表示冷却速度对钢的相变开始点、相变进行速度和组织的影响情况。 钢的一般热处理、形变热处理、热轧以及焊接等生产工艺，均是在连续冷却的状 态下发生相变的。因此 CCT 曲线与实际生产条件相当近似，所以它是制定工艺 时的有用参考资料。根据连续冷却转变曲线，可以选择最适当的工艺规范，从而 得到恰好的组织，达到提高强度和塑性以及防止焊接裂纹的产生等。连续冷却转 变曲线测定方法有多种，有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法、末端淬火法等。 除了最基本的金相法外，其他方法均需要用金相法进行验证。 用热模拟机可以测出不同冷速下试样的膨胀曲线。发生组织转变时，冷却曲 线偏离纯冷线性收缩，曲线出现拐折，拐折的起点和终点所对应转变的温度分别 是相变开始点及终止点。将各个冷速下的开始温度、结束温度和相转变量等数据 综合绘在“温度-时间对数”的坐标中，即得到钢的连续冷却曲线图(如图 2)。 动态热-力学模拟试验机 Gleeble3500 测定材料高温性能的原理如下：用主机 中的变压器对被测定试样通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定 的加热速度加热到测试温度。保温一定时间后，以一定的冷却速度进行冷却。在 加热、保温和冷却过程中用径向膨胀仪测量均温区的径向位移量（即膨胀量）， 绘制膨胀量-温度曲线如图 1-1 所示，测试不同冷却速度下试样的膨胀量-温度曲 线。根据膨胀量-温度曲线确定不同冷却速度下的相转变开始点和结束点，即可 绘制 CCT 曲线
1000 900 800 700 \A-P 600 500 A-B 400 95 M, 13 300 A-M 200 39 .0000 00 HV 584 584 391 37 317310 293 270 198 100 1105 210 0.5 102 10 105 时间，s 图1-2 40 CrMoA钢CCT曲线。 三.实验设备及材料 1.Gleeble3500热模拟机 2.20#钢 四.实验过程 1.将热电偶焊到试样上： 2.将试样装至仪器上，安装膨胀仪； 3.关闭样品室，关闭真空释放阀门，启动真空阀 4.按试验要求选择升温速率、最高温度、保温时间、冷却速率等参数进行 编程。； 5.按下开始按钮，开始实验： 6.试验结束后，打开真空释放阀门。 五.实验结果与分析 1.根据实验曲线确定不同冷却速度下的相变开始温度、结束温度 126
126 图 1-2 40CrMoA 钢 CCT 曲线。 三. 实验设备及材料 1. Gleeble3500 热模拟机 2. 20#钢 四. 实验过程 1. 将热电偶焊到试样上； 2. 将试样装至仪器上，安装膨胀仪； 3. 关闭样品室，关闭真空释放阀门，启动真空阀 4. 按试验要求选择升温速率、最高温度、保温时间、冷却速率等参数进行 编程。； 5. 按下开始按钮，开始实验； 6. 试验结束后，打开真空释放阀门。 五. 实验结果与分析 1. 根据实验曲线确定不同冷却速度下的相变开始温度、结束温度
2.绘在“温度-时间对数”的坐标中，得到钢的连续冷却曲线图 六.思考题： 试分析碳元素含量对碳钢CCT图中曲线位置的影响。 参考书目： 1林慧国，傅代直钢的奥氏体转变曲线.机械工业出版社.北京，1988 2.GB5057-85钢的连续冷却转变图的测定（膨胀法） 附录：各典型钢种CCT曲线 800 700 转变开始 600 转变完了 500 中止： 300 : Ms 200 M 10 10102 103 10 时间(s) 图1-3共析钢CCT曲线图 127
127 2. 绘在“温度-时间对数”的坐标中，得到钢的连续冷却曲线图 六. 思考题： 试分析碳元素含量对碳钢 CCT 图中曲线位置的影响。 参考书目： 1.林慧国，傅代直 钢的奥氏体转变曲线.机械工业出版社.北京，1988 2. GB 5057-85 钢的连续冷却转变图的测定（膨胀法） 附录：各典型钢种 CCT 曲线 图 1-3 共析钢 CCT 曲线图
906 200℃角 2.9℃ 0.62℃ 8.1C/min 700 P) 600 (F+P) 500 +P+B Ms 400 00 M(A+M) 200 140 HV(500g) 190 16560 149 145143 138137 47 0.5,1.2h 100 68020015动min 10 103 10 104s 时间 图1-4亚共析钢（含碳0.19%）CCT曲线图 1000 900 800 e Acit 700 100 100 100 100 100 100 600 100 100 500 100 40e 200 Ms 109 =40 M 457 0 87688786749 442 347 289246.,227 200 0.1 10 10 103 10 时间(s) 图1-5过共析钢（含碳1.03%）CCT曲线图 图中符号的规定： A一一奥氏体；B一一贝氏体；C一一碳化物：F一一铁素体： G一一石墨；M一一马氏体；P一一珠光体； Ac1一一钢加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。开始温度用Ac1s表示，结束温 度用Aclr表示。 128
128 图 1-4 亚共析钢（含碳 0.19%）CCT 曲线图 图 1-5 过共析钢（含碳 1.03%）CCT 曲线图 图中符号的规定： A——奥氏体；B——贝氏体；C——碳化物；F——铁素体； G——石墨; M——马氏体；P——珠光体； Ac1——钢加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。开始温度用 Ac1s 表示，结束温 度用 Ac1f表示
A1一一钢经奥氏体化冷却时，奥氏体向珠光体转变的温度。 A3一一亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的温度。 Accm一一过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度。 129
129 Ar1——钢经奥氏体化冷却时，奥氏体向珠光体转变的温度。 Ac3——亚共析钢加热时，所有铁素体转变为奥氏体的温度。 Accm——过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度