D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.015 第26卷第5期 北京科技大学学报 VoL26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变 过程铁素体超细化 周荣锋)杨王玥”孙祖庆)何建平) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 3)昆明理工大学机电工程学院，昆明650093 摘要研究了低碳钢过冷奥氏体在760℃，形变速率为1s'和10s变形时组织演变规律. 结果表明，形变速率为1s'时真应力一应变曲线双峰特征为形变强化相变和铁素体动态再结 晶的表征，相变形核集中在铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区，晶粒长大在时间和空间 上受到限制，细化能力较高：形变速率提高到10s'时，相变动力学提前，曲线只表现为形变强 化相变的单峰特征，相变形核除了在上述铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区，还分布到 奥氏体晶内各处，晶粒间约束有所减小，尺寸稍大.通过形变强化相变和铁素体动态再结晶 可以获得平均晶粒尺寸为(1.98±1.07)m和(2.331.01)m(10s)左右的徽细铁素体晶粒. 关键词低碳钢；形变强化相变：铁素体动态再结晶；晶粒细化；形变速率 分类号TG1112,TG142.31 “形变强化相变”的学术思路已被系统地证 程组织演变的研究，探讨形变速率对低碳钢形变 实为一种在低碳钢中有效细化铁素体晶粒的途 强化相变的影响，分析铁素体晶粒细化机制， 径.它是一个以形核为主的过程，形变过程中铁 素体在铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体一侧或形 1实验方法 变带上反复形核，长大在几何空间和时间上受到 实验用钢经真空感应熔炼获得铸锭，再经 限制，晶粒得以大大细化，这是晶粒细化的主要 1100℃保温1h后锻为直径11mm的棒料，终锻 原因.其中涉及到过冷奥氏体向铁素体的动态 温度为850℃，锻后正火，使原始组织尽可能均 转变，使得相变、奥氏体变形、铁素体变形同时存 匀，其化学成分为Fe0.16C0.17Si0.55Mn(质量 在且相互影响，而铁素体在较低的形变速率下发 分数，%).经机加工成6mm×15mm的圆柱压缩 生回复而软化，形变过程会在铁素体上产生应力 试样. 集中现象.形变速率提高，铁素体容易产生加工 根据形变强化相变理论R-1,在Gleeble 1500热 硬化，降低与奥氏体之间的强度差，形变将有效 模拟试验机上进行热压缩变形实验，即经910℃ 地向奥氏体传递”，奥氏体内部缺陷密度升高， 保温5min奥氏体化（奥氏体晶粒大约为45m) 可能导致随着形变速率的提高铁素体集中在相 后，再以10℃s的冷却速度冷却到760℃（经用 界形核转移到相界和奥氏体晶内各处形核，铁素 DT1000热膨胀仪测定未变形时的A,和Aa分别为 体的长大约束条件发生变化，这将可能影响形变 810℃和730℃)，紧接着以1s和10s的形变速 强化相变的进行和铁素体晶粒的细化以及随后 率()进行变形，变形后立即水淬.变形后水淬的 的铁素体动态再结晶的进行. 目的是保留形变后的组织，以便确定铁素体的转 本文主要利用SEM,EBSD分析技术对20钢 变量和晶粒尺寸.过冷奥氏体变形前没有铁素体 在形变速率为1s和10s时过冷奥氏体形变过 析出. 收稿日期2003-11-14周荣锋男，34岁，博士研究生 ★国家重点基础研究发展规划“973”项目(No.G1998061506) 将变形试样沿轴线方向切开，机械研磨、抛 和国家高技术研究计划“863”项目0No.2001AA332020)资助 光制成金相试样，用硝酸与酒精体积比为4：100第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 不 同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变 过程铁素体超细化 周 荣锋 ’， 杨 王 明 ” 孙祖庆 ” 何建平 ， 北 京科技大学材料科学与工 程 学 院 ， 北 京 北 京科技大 学新 金属 材料 国家重 点 实验 室 ， 北 京 昆 明理 工 大 学机 电工 程学 院 ， 昆 明 摘 要 研 究 了低碳钢 过 冷奥 氏体在 ℃ ， 形变速 率 为 一 ，和 一 ，变形 时组 织 演 变规 律 结果 表 明 ， 形 变速率为 一 ’ 时真应 力一应 变 曲线双 峰特征 为 形 变 强 化相 变和 铁 素体动 态再 结 晶的表 征 ， 相 变形核集 中在铁素体 奥 氏体相 界前沿奥 氏体 高畸变 区 ， 晶粒长 大在 时 间和 空 间 上 受 到限制 ， 细 化 能力较 高 形变速率提 高到 一 ，时 ， 相 变动 力学提 前 ， 曲线只 表 现 为形 变 强 化相 变 的单 峰特征 ， 相变 形 核除 了在 上 述铁素 体 奥 氏体相 界前 沿 奥 氏体 高畸变 区 ， 还 分布 到 奥 氏体 晶 内各 处 ， 晶粒 间约 束有 所 减小 ， 尺 寸稍大 通过 形变强 化 相 变和 铁 素 体动 态再 结 晶 可 以获 得平 均 晶粒尺 寸 为 月 阿 和 月 阿 一 ’ 左 右 的微 细铁 素体 晶粒 关键 词 低 碳钢 形 变强化相 变 铁 素体动态 再 结 晶 晶 粒细 化 形 变速 率 分 类号 ， “ 形 变 强 化 相 变 ” 的学 术 思 路 已被 系统 地 证 实 为 一 种 在 低 碳 钢 中有 效 细 化 铁 素 体 晶粒 的途 径 它 是 一 个 以形 核 为 主 的过 程 ， 形 变过 程 中铁 素 体 在铁 素体 奥 氏体 相 界前沿 奥 氏体 一侧 或 形 变带上 反 复形 核 ， 长大在 几何 空 间和 时 间上 受到 限制 ， 晶粒 得 以大 大细 化 ， 这 是 晶粒 细 化 的主 要 原 因‘团 其 中涉 及 到过 冷 奥 氏体 向铁 素体 的动 态 转变 ， 使得 相变 、 奥 氏体变 形 、 铁 素 体变 形 同时存 在 且 相互 影 响 ， 而铁 素体在较低 的形变 速 率 下 发 生 回复而 软 化 ， 形 变 过 程会在 铁 素 体 上产 生应 力 集 中现 象 形变速 率提 高 ， 铁 素 体 容 易产 生 加 工 硬 化 ， 降低 与奥 氏体 之 间 的强度 差 ， 形 变将有 效 地 向奥 氏体传 递 伟 ， 奥 氏体 内部 缺 陷密 度升 高 ， 可 能 导 致 随着 形 变 速 率 的提 高铁 素 体 集 中在 相 界形 核转 移到 相 界 和 奥 氏体 晶 内各 处形 核 ， 铁 素 体 的长 大 约束条件 发生变化 ， 这 将 可 能影 响形变 强化 相变 的进 行 和 铁 素 体 晶粒 的细 化 以及 随后 的铁 素 体 动 态 再 结 晶 的进 行 本 文主 要 利 用 ， 分 析 技 术 对 钢 在 形 变 速 率 为 一 ，和 “ ，时过 冷 奥 氏体 形 变 过 收稿 日期 加 一 一 周 荣锋 男 ， 岁 ， 博士 研 究 生 国家重点基 础研 究发展 规划，’ ” 项 目 和 国家高技术研 究计划 “ ’ 项 目 。 资助 程 组织 演变 的研 究 ， 探 讨 形变速 率对 低 碳 钢 形变 强化 相 变 的影 响 ， 分析 铁 素体 晶粒 细 化机 制 实验 方 法 实验 用 钢 经 真 空 感 应 熔 炼 获 得铸 锭 ， 再 经 ℃ 保温 后锻 为直 径 的棒料 ， 终锻 温 度 为 ℃ ， 锻 后 正 火 ， 使 原 始 组 织 尽 可 能均 匀 ， 其 化 学成 分 为 刁 刁 刁 质 量 分 数 ， 经 机 加 工 成杯 ‘ 巧 的 圆柱 压 缩 试 样 根据 形 变强化 相 变理论 ‘，一，，， 在 热 模拟 试 验 机 上 进 行 热 压 缩 变 形 实验 ， 即经 ℃ 保 温 奥 氏体 化 奥 氏 体 晶粒 大 约 为 脚 后 ， 再 以 ℃ 的冷 却速 度 冷 却 到 ℃ 经用 热 膨胀 仪测 定未 变 形 时 的 ， 和 。 分别 为 ℃ 和 ℃ ， 紧接 着 以 一 ，和 ” 的形 变速 率。 进 行 变 形 ， 变形 后 立 即水淬 变 形 后 水 淬 的 目的是 保 留形 变后 的组 织 ， 以便 确 定铁 素体 的转 变量 和 晶粒 尺 寸 过冷 奥 氏体变 形前没有 铁 素体 析 出 将 变 形试 样 沿 轴 线方 向切 开 ， 机械 研 磨 、 抛 光制 成金 相试 样 ， 用 硝酸 与酒精 体积 比 为 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．015