【導(dǎo)讀】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)彈簧扁鋼的需求量越來越大。業(yè)方面有很大的應(yīng)用[1,2]。它的自主供應(yīng)和彈簧鋼的極大需求，使得其在國家現(xiàn)有彈?；射撝酗@得尤為重要，是一種需求量很大的高潛力彈簧鋼。察和硬度測(cè)量法相結(jié)合手段，利用in軟件繪制了實(shí)驗(yàn)鋼的靜態(tài)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，即靜態(tài)CCT曲線，研究了實(shí)驗(yàn)鋼在靜態(tài)連續(xù)冷卻相變過程中的顯微組織演變規(guī)律。相變產(chǎn)物主要是鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體。鐵素體、珠光體和貝氏體相變的轉(zhuǎn)變開始溫度都降低。當(dāng)冷卻速度小于℃/s時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼。當(dāng)冷卻速率達(dá)到℃/s時(shí)，相變組織為珠光體和貝氏體。當(dāng)冷卻速度超過5℃/s時(shí)，

　　

【正文】 可以根據(jù)熱膨脹曲線上所顯示的變化點(diǎn)來確定相變溫度。這種根據(jù)試樣長(zhǎng)度的變化研究材料內(nèi)部組織的變化規(guī)律的稱為熱膨脹法（膨脹分析）。長(zhǎng)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(cè)定相變溫度和相變動(dòng)力學(xué)曲線 。 鋼的密度與熱處理所得到的顯微組織有關(guān) ， 鋼中膨脹系數(shù)由大到小的順序?yàn)椋簥W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(dāng)碳鋼加 熱或冷卻過程中發(fā)生一級(jí)相變時(shí)，鋼的體積將 發(fā)生突變。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體、珠光體或馬氏體時(shí)，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。 通常膨脹法測(cè)量 CCT 曲線的時(shí)候，相變點(diǎn)有兩種方法： 1. 頂點(diǎn)法， 2. 切線法。兩種方法各有利弊，頂點(diǎn)法比較好確定相變開始和完成的位置，但與實(shí)際值有誤差；而切線法數(shù)值與實(shí)際值比較接近，但是相變起始和完成的點(diǎn)不好確定，人為誤差大。 圖 是兩種方法確立相變點(diǎn)的一個(gè)圖示 ,其中 A、 D 為切線法 ， 相變開始溫度（ A點(diǎn) ） 698 度 ， 相變結(jié)束溫度（ D 點(diǎn)） 523 度 ； B、 C 為頂點(diǎn)法，相變開始溫度（ B 點(diǎn) ）648 度，相變結(jié)束溫度（ C 點(diǎn)） 579 度 。 圖 相變點(diǎn)的確定 20 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 實(shí)驗(yàn)鋼的 靜態(tài) 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（ CCT）曲線 采用熱膨脹法與金相 硬度法相結(jié)合的方法測(cè)得 50CrMnVA 鋼在靜態(tài)連續(xù)冷卻過程中 不同冷 卻 速 度條件 下各相的轉(zhuǎn)變開始溫度和 轉(zhuǎn)變 終了溫度， 然后利用 in 數(shù)據(jù)處理軟件 在溫度 (T)— 時(shí)間 (lgt)曲線上分別繪制冷卻曲線和轉(zhuǎn)變點(diǎn)，相關(guān)轉(zhuǎn)變點(diǎn)連接起來，便形成 圖 實(shí)驗(yàn)鋼的靜 態(tài) CCT 曲線。 圖 50CrMnVA 鋼的靜態(tài) CCT 曲線 實(shí)驗(yàn)鋼 的 靜態(tài) CCT 曲線 上 每一條冷 卻曲線 代表著一定的冷卻速度 ，從右向左冷卻速度分別為 ℃ /s、 ℃ /s、 ℃ /s、 ℃ /s、 ℃ /s、 ℃ /s、 1℃ /s、 2℃/s、 5℃ /s 和 10℃ /s。 由圖看出， 50CrMnVA 鋼從奧氏體以不同冷卻速度冷卻到室溫時(shí)，存在三種不同類型的相變 ：高溫轉(zhuǎn)變區(qū)， 奧氏體（ A）向 鐵素體 (F)和珠光體 (P)的轉(zhuǎn)變 ；中溫轉(zhuǎn)變區(qū)， 奧氏體（ A）向 貝氏體 (B)的轉(zhuǎn)變；低溫轉(zhuǎn)變區(qū)，奧氏體（ A）向馬 21 氏體（ M）轉(zhuǎn)變。 同時(shí)還可以看出，隨著冷卻速度的增加，鐵素體 、珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度都降低 。當(dāng)冷卻速 度小于 ℃ /s 時(shí)，奧氏體中 同時(shí) 析出鐵素體 和 珠光體；當(dāng)冷卻速度 ℃ /s~℃ /s 時(shí)，奧氏體 相變?yōu)?鐵素體 +珠光體 +貝氏體 ；當(dāng)冷卻速度 在 ℃ /s~℃ /s 時(shí)，奧氏體中析出 珠光體和 貝氏體 ；隨著冷速進(jìn)一步增大 到2℃ /s 時(shí)，奧氏體發(fā)生 貝 氏體轉(zhuǎn)變 和馬氏體轉(zhuǎn)變 ；而當(dāng)冷速增加到 5℃ /s 以上時(shí)，相變組織為 單相 馬氏體 組織 。 顯微組織 金相試樣經(jīng)研磨、拋光后用 4％硝酸酒精溶液腐蝕，在實(shí)驗(yàn)室 ZEISS 型金相顯微鏡上對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行顯微組織觀察。圖 分別為實(shí)驗(yàn)鋼在不同冷卻速度下的 金相 顯微組織。 由圖 可以看出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的冷卻速度范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織基本由鐵素體 F、珠光體 P、貝氏體 B 和馬氏體 M 組成。 ??d??c??b??a 22 圖 實(shí)驗(yàn)鋼不同冷卻速度下的顯微組織照片 (a)℃ /s。 (b)℃ /s。 (c)℃ /s。 (d)℃ /s。 (e)℃ /s。 (f)℃ /s。 (g)1℃ /s。 (h)2℃ /s。 (i)5℃ /s。 (j)10℃ /s 實(shí)驗(yàn)鋼的 維氏硬度 表 為實(shí)驗(yàn)鋼對(duì)應(yīng)不同冷卻速度下的顯微組織和維氏硬度值，由表 看出，隨著冷卻速度的增大，相變組織逐漸由高溫相變產(chǎn)物鐵素體 +珠光體過渡到中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體組織，最后為單相的馬氏體組織， 與此同時(shí)，其 硬度顯著升高， 維氏硬度數(shù)值逐漸由 295 升高到 728。 ??j??i??h??g??f??e(c) 23 表 實(shí)驗(yàn)鋼不同冷速下的顯微組織和硬度 冷卻速度對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織和硬度的影響 結(jié)合 實(shí)驗(yàn)鋼 的靜態(tài) CCT 曲線 、顯微組織和維氏硬度結(jié)果 可以看出， 實(shí)驗(yàn)鋼在連續(xù)冷卻過程中相變 組織中先后出現(xiàn)鐵素體、 珠光體 、貝氏體和馬氏 體 。 冷 卻 速 度 的提高使奧氏體向鐵素體 、珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變的開始轉(zhuǎn)變溫度降低。對(duì)應(yīng)顯微組織看出，在 ~℃ /s 冷卻速率范圍內(nèi)， 實(shí)驗(yàn)鋼 的相變組織為珠光體和極少量的鐵素體 。在 ℃ /s 冷卻速率下，顯微組織為珠光體 、 貝氏體和極少量的鐵素 體 。 當(dāng)冷卻速率達(dá)到 ℃ /s 時(shí)，相變組織為珠光體和貝氏體 。 當(dāng)冷卻速率 進(jìn)一步增加到 1~2℃ /s 冷卻速率范圍內(nèi)時(shí)，相變組織為貝氏體和馬氏體 。 當(dāng)冷卻速度達(dá)到 5℃ /s 以上時(shí)，相變組織為 單一的 馬氏體 組織 。 隨著冷卻速度的增加， 實(shí)驗(yàn)鋼的相變產(chǎn)物逐漸由高溫的相變產(chǎn)物過渡到中溫的相變產(chǎn)物，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏剞D(zhuǎn)變產(chǎn)物單一的馬氏體組織，同時(shí)，其硬度顯著提高， 維氏硬度 數(shù) 值 逐漸增大 由 295 增加到 728。 冷速℃ /s 顯微組織成分 維氏硬度 HV 鐵素體 +珠光體 295 鐵素體 +珠光體 299 鐵素體 +珠光體 307 鐵素體 +珠光體 359 珠光體 +貝氏體 +少量鐵素體 363 珠光體 +貝氏體 386 1 貝氏體 +馬 氏體 471 2 貝氏體 +馬氏體 524 5 馬氏體 697 10 馬氏體 728 24 第 4 章 結(jié) 論 本文對(duì) 中國第一汽車股份有限公司 技術(shù)中心 提供的 50CrMnVA 鋼 進(jìn)行了靜態(tài)連續(xù)冷卻相變實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)繪 制出了實(shí)驗(yàn)鋼的 靜 態(tài) 連續(xù)冷卻 CCT 曲線，并對(duì)其不同冷速條件下的顯微組織演變規(guī)律進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下： （ 1）該鋼的 CCT 曲線相變區(qū)主要包括高溫轉(zhuǎn)變區(qū)、中溫轉(zhuǎn)變區(qū)和低溫轉(zhuǎn)變區(qū)三部分。相變產(chǎn)物主要是鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體。 而且 隨著冷卻速度的 提高 ，鐵素體 、珠光體和貝氏體相變的轉(zhuǎn)變開始溫度都降低 。 （ 2）相變產(chǎn)物隨冷卻速度的改變而 改變。 當(dāng)冷卻速度小于 ℃ /s 時(shí)， 實(shí)驗(yàn) 鋼的相變組織為珠光體和極少量的鐵素體 。 在 ℃ /s 冷卻速率下，顯微組織為珠光體 、貝氏體和極少量的鐵素體 。 當(dāng)冷卻速率達(dá)到 ℃ /s 時(shí) ，相變組織為珠光體和貝氏體 。當(dāng)冷卻速率 為 1~2℃ /s 時(shí)，相變組織為貝氏體和馬氏體 。 當(dāng)冷卻速度 超過 5℃ /s 時(shí)，相變組織為 單一的 馬氏體 組織 。 （ 3） 隨著冷卻速度的提高，實(shí)驗(yàn)鋼的相變組織由鐵素體 +珠光體，逐漸過渡為 珠光 體 +貝氏體，最后為 單相 馬氏體 組織 ，與此同時(shí)，其維氏硬度 逐漸升高， 數(shù)值逐漸由 295 升高到 728。 25 參考文獻(xiàn) [1] 楊培義 , 楊其萍 . 新型汽車板簧用鋼的研究 [J]. 鋼鐵研究院總部學(xué)報(bào) , 1986, 6(3): 3945. [2] 楊培義 , 楊其萍 . 新型汽車板簧用鋼 [P]. 中國 : CN85100259A, 1986. [3] 張亞信 , 安樹均 . 制造汽車板簧的新型彈簧鋼 28 錳硅硼鋼 [P]. 中國 : CN85100775A,1986. [4] 郭善海 , 基于模擬的鑄鋼件工藝分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) [M]. 浙江大學(xué) , 2020. [5] 大森靖也 , 鋼的組織轉(zhuǎn)變譯文集 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1980. 118. [6] 劉永銓 . 鋼的熱處理 . 北京 : 冶金工業(yè)出版社 , 1981. [7] 雷廷權(quán) . 鋼的形變熱處理 . 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1979. [8] 徐祖耀 . 貝氏體相變與貝氏體 [M]. 北京科學(xué)出版社 , 1991. [9] Janez G, Slavko B, Martin Z. Influence of quenching process parameters on residual stresses in steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2020, 114(1): 57?70. [10] Puschmann F, Specht E. Transient measurement of heat transfer in metal quenching with atomized sprays[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2020, 28(6): 607?615. [11] 付俊國 . 中碳高合金高強(qiáng)度鋼線膨脹測(cè)量中鐵素體 奧氏體相變過程分析 [J]. 材料導(dǎo)報(bào) , 2020, 10(1)： 23. [12] 石德珂 . 材料科學(xué)基礎(chǔ) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2020. 175187. [13] 彭海紅 , 陳曄 , 李國寶 , 等 . X60 管線鋼再結(jié)晶和過冷奧氏體連續(xù)冷卻相變行為的研究 [J]. 鋼鐵釩鈦 , 2020, 27(4): 3437. [14] 趙敏 , 孫長(zhǎng)偉 , 杜則裕 . 焊接熱模擬技術(shù)及其應(yīng)用 [J], 1999, 8(4): 4042. [15] 袁保敬 , 白晉鋼 , 郭宏鋼 . 熱模擬實(shí)驗(yàn)在 317L 品種開發(fā)中的應(yīng)用 [J]. 山西冶金 , 2020, 1: 6164. 26 致 謝 本論文是在導(dǎo)師李婧老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及對(duì)事業(yè)的熱愛與不懈追求和忘我的工作熱情，深深地激勵(lì)著我。恩師在學(xué)習(xí)、工作和生活各方面，都給予了我無微不至的關(guān)懷、愛護(hù)與幫助。在論文的選題、研究和撰寫過程中，她傾注了大量的心血，對(duì)論文進(jìn)行了精心 地評(píng)閱與指教。值此論文完成之際，我要向?qū)煴磉_(dá)我最崇高的敬意和衷心的感謝，感謝她的精心指導(dǎo)和教誨，感謝她生活中對(duì)我無微不至的關(guān)懷，由衷的祝愿她身體健康、工作順利。 感謝金志 澎 ，甄名 楊 ，陳永鋒，于鵬，關(guān)德滿，符冶同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中的大力支持，使我的論文得以順利完成。感謝東北大學(xué)的老師和師兄的無私幫助和熱忱指導(dǎo)，由衷的說聲感謝！感謝我的室友、兄弟和朋友，陪著我走過了一段重要的人生時(shí)期，我將心懷感恩永遠(yuǎn)為她們祝福！ 讀書這些年，我的學(xué)校的學(xué)業(yè)，生活一直是父母最重要的牽掛，而我的每一寸進(jìn)步都能換來他們無限的喜悅，感謝 他們對(duì)我的教導(dǎo)、關(guān)心和支持。這份親情一句感謝是不足以表達(dá)的，我能做的就是努力的工作，爭(zhēng)取做出更大的成績(jī)來回報(bào)父母的關(guān)愛！ 最后感謝 機(jī)械工程 學(xué)院和我的母校 — 遼寧石油化工大學(xué)所有的老師 四年來對(duì)我的栽培 和教育 。