1、材料加工測定實驗一 鋼連續冷卻轉變圖(CCT 曲線的測定一. 實驗目的1. 了解鋼的連續冷卻轉變圖的概念及其應用;2. 了解鋼的連續冷卻轉變圖的測量方法特別是熱膨脹法的原理與步驟;3. 利用熱模擬儀觀察鋼在加熱及冷卻中的相變并測量臨界點;4. 建立鋼的連續冷卻轉變圖(CCT 曲 線 。二. 實驗原理當材料在加熱或冷卻過程中發生相變時, 若高溫組織及其轉變產物具有不同 的比容和膨脹系數, 則由于相變引起的體積效應疊加在膨脹曲線上, 破壞了膨脹 量與溫度間的線性關系, 從而可以根據熱膨脹曲線上所顯示的變化點來確定相變 溫度。這種根據試樣長度的變化研究材料內部組織的變化規律的稱為熱膨脹法 (膨脹分析

2、 。長期以來,熱膨脹法已成為材料研究中常用的方法之一。通過膨 脹曲線分析,可以測定相變溫度和相變動力學曲線。鋼的密度與熱處理所得到的顯微組織有關。鋼中膨脹系數由大到小的順序為:奧氏體 鐵素體 珠光體 上、 下貝氏體 馬氏體; 比容則相反, 其順序是:馬氏體 鐵素體 珠光體 奧氏體 碳化物 (但 鉻和釩的碳化物比容大于奧氏體。 從鋼的熱膨脹特性可知, 當碳鋼加熱或冷卻過 程中發生一級相變時, 鋼的體積將發生突變。 過冷奧氏體轉變為鐵素體、珠光體 或馬氏體時,鋼的體積將膨脹;反之,鋼的體積將收縮。冷卻速度不同,相變溫 度不同。圖 1-1為 40CrMoA 鋼冷卻時的膨脹曲線。不同的鋼有不同的熱膨脹

3、曲 線。圖 1-140CrMoA 鋼冷卻時的膨脹曲線連續鋼連續冷卻轉變 (ContinuousCooling Transformation 曲線圖,簡稱 CCT 曲線, 系統地表示冷卻速度對鋼的相變開始點、 相變進行速度和組織的影響情況 。 鋼的一般熱處理、 形變熱處理、 熱軋以及焊接等生產工藝,均是在連續冷卻的狀 態下發生相變的。因此 CCT 曲線與實際生產條件相當近似,所以它是制定工藝 時的有用參考資料。 根據連續冷卻轉變曲線, 可以選擇最適當的工藝規范,從而 得到恰好的組織, 達到提高強度和塑性以及防止焊接裂紋的產生等。 連續冷卻轉 變曲線測定方法有多種, 有金相法、 膨脹法、 磁性法、

4、 熱分析法、 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進行驗證。用熱模擬機可以測出不同冷速下試樣的膨脹曲線。發生組織轉變時,冷卻曲 線偏離純冷線性收縮, 曲線出現拐折, 拐折的起點和終點所對應轉變的溫度分別 是相變開始點及終止點。 將各個冷速下的開始溫度、 結束溫度和相轉變量等數據 綜合繪在“溫度 -時間對數”的坐標中,即得到鋼的連續冷卻曲線圖 (如圖 2 。 動態熱 -力學模擬試驗機 Gleeble3500測定材料高溫性能的原理如下:用主機 中的變壓器對被測定試樣通電流, 通過試樣本身的電阻熱加熱試樣, 使其按設定 的加熱速度加熱到測試溫度。 保溫一定時間后, 以一定的

5、冷卻速度進行冷卻。 在 加熱、保溫和冷卻過程中用徑向膨脹儀測量均溫區的徑向位移量(即膨脹量 , 繪制膨脹量 -溫度曲線如圖 1-1所示,測試不同冷卻速度下試樣的膨脹量 -溫度曲 線。根據膨脹量 -溫度曲線確定不同冷卻速度下的相轉變開始點和結束點,即可 繪制 CCT 曲線。 圖 1-240CrMoA 鋼 CCT 曲線。三 . 實驗設備及材料1. Gleeble3500熱模擬機2. 20#鋼四 . 實驗過程1. 將熱電偶焊到試樣上;2. 將試樣裝至儀器上,安裝膨脹儀;3. 關閉樣品室,關閉真空釋放閥門,啟動真空閥4. 按試驗要求選擇升溫速率、最高溫度、保溫時間、冷卻速率等參數進行 編 程 。 ;5

6、. 按下開始按鈕,開始實驗;6. 試驗結束后,打開真空釋放閥門。五 . 實驗結果與分析1. 根據實驗曲線確定不同冷卻速度下的相變開始溫度、結束溫度 2. 繪在“溫度 -時間對數”的坐標中,得到鋼的連續冷卻曲線圖六 . 思考題:試分析碳元素含量對碳鋼 CCT 圖中曲線位置的影響。參考書目:1. 林慧國,傅代直 鋼的奧氏體轉變曲線 . 機械工業出版社 . 北京, 19882. GB 5057-85鋼的連續冷卻轉變圖的測定(膨脹法附錄:各典型鋼種 CCT曲線 圖 1-3共析鋼 CCT 曲線圖圖 1-4 亞共析鋼（含碳 0.19%）CCT 曲線圖 圖 1-5 過共析鋼（含碳 1.03%）CCT 曲線圖 圖中符號的規定： A奧氏體；B貝氏體；C碳化物；F鐵素體； G石墨; M馬氏體；P珠光體； Ac1鋼加熱時，珠光體轉變為奧氏體的溫度。開始溫度用 Ac1s 表示，結束溫 度用 Ac1f