20CrMnTi钢的等温相变行为分析及动力学建模

发布时间：2021-01-28 02:34

　　利用Gleeble-3500热模拟试验机对20CrMnTi钢在不同温度和保温时间进行了等温膨胀试验,得到其相变热膨胀曲线。结合光学显微镜分析了20CrMnTi钢的等温相变行为,绘制了该钢的等温相变曲线（TTT曲线）。引入Johnson-Mehl-Avrami（JMA）方程和Koistinen-Marburger（KM）方程分别建立了该钢的扩散型相变动力学模型和非扩散型相变动力学模型。结果表明:20CrMnTi钢的TTT曲线呈"双C型",鼻温分别为630和530℃。在730⁵80℃等温时,奥氏体转变为珠光体+铁素体,随着温度的降低,等温相变速度先加快后减慢; 580⁴30℃等温时,奥氏体转变为贝氏体,随着温度的降低,等温相变速度也是先加快后减慢;低于430℃等温时,奥氏体转变为马氏体,随着温度的降低,马氏体的体积分数先较快增大后减缓。所推导的20CrMnTi钢的动力学模型计算结果与试验结果一致性较好。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

原始材料的显微组织

等温膨胀试验方案

试验钢在加热到奥氏体化温度之后，在不同的保温温度下等温冷却后的显微组织如图3所示。从图3(a,b)可以看出，在830℃和780℃保温时，由于温度未达到材料的过冷奥氏体转变温度(Ar1)，因此材料在保温时的组织仍然是过冷奥氏体，当保温结束后，试样被喷水冷却，过冷奥氏体直接转变形成马氏体;材料在730℃保温时，由于温度达到Ar1温度，此时过冷奥氏体开始进行组织转变，由于20Cr Mn Ti钢为亚共析钢，在发生共析转变前通常发生先共析铁素体转变，当保温结束后，未转变的过冷奥氏体被喷水冷却直接转变为马氏体，因此形成铁素体和马氏体的混合组织，如图3(c)所示;在680℃和630℃保温时，由于此温度区间C原子和Fe原子都可以进行自由扩散，先共析铁素体首先形核并不断长大，伴随着C原子由晶界向奥氏体母相扩散。当过冷奥氏体的碳含量到达一定浓度时，渗碳体开始形核并长大，C原子的扩散形成了碳原子浓度差，从而形成贫碳区与富碳区，促进铁素体与渗碳体交替形核长大，因此形成珠光体片层结构，最终形成珠光体和铁素体的混合组织，如图3(d,e)所示;在580℃保温时，由于温度的降低，小部分铁素体在奥氏体晶界处向内部形核形成贝氏体，因此580℃保温的组织为铁素体、珠光体和贝氏体，如图3(f)所示;当温度继续降低，在530、480和430℃保温时，由于原子的运动能力进一步降低，但相变驱动力增大，奥氏体通过切变方式向铁素体转变，新相铁素体与母相奥氏体保持一定的位向关系，同时碳原子可以在铁素体中做短程扩散，并在一定晶面上偏聚进而形成渗碳体，从而形成羽毛状的贝氏体，如图3(g～i)所示;当保温温度低于430℃时，由于温度低于Ms临界点，冷却速度(30℃/s)大于临界冷却速度，材料仍然是过冷奥氏体状态，此时相变驱动力大于奥氏体向马氏体转变的阻力，过冷奥氏体以切变的方式直接转变为马氏体，如图3 (j～l)所示。由于温度较低，C原子和Fe原子无法自由移动，因此马氏体转变是无扩散的转变。由此可知，根据20Cr Mn Ti钢不同保温温度组织转变类型，730～580℃为珠光体+铁素体转变温度，580～430℃为贝氏体转变温度，低于430℃为马氏体转变温度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Sn对20CrMnTi齿轮钢连续冷却转变曲线及力学性能的影响[J]. 彭红兵,陈伟庆,陈列.  金属热处理. 2013(12)



本文编号：3004198