1 Диффузионные превращения Общие представления, движущие силы, кинетика

2 Диаграмма Fe-C Авторы: Робер-Остен, Осмонд, Рузбум

3 Опыты Бейна и построение ТТТ-диаграмм (от английских time, temperature, transformation) Диаграмма изотермического превращения для эвтектоидного распада +2 в сплаве Cu-10,6 мас.% Al-1,0 мас.% Ni

4 Построение термокинетической диаграммы распада аустенита стали марки 10Г2ФБ с учетом предварительной деформации и без нее Тпрец.

5 Движущие силы и кинетика превращения Схематическая зависимость температурного изменения свободной энергии при ФП Схематическая зависимость скорости зарождения центров кристаллизации новой фазы (1) и линейной скорости роста зародышей (2) от степени переохлаждения

6 Образование зародышей новой фазы Характерная зависимость изменения энергии системы при образовании зародыша новой фазы кубической формы для G1 (1) и G2 (2), G1>G2 Баланс энергий при появлении зародыша Для эвтектоидного превращения dкр=261010 м, т.е. около 9 параметров решетки низкотемпературной фазы Для полиморфного превращения в железе dкр= 110·1010 м, т.е. около 38 параметров решетки низкотемперратурной фазы Для зародыша кубической формы

7 Приблизительная формула для расчёта TAe3 [1]: где C и Mn содержание углерода и марганца в wt.%. Экспериментальное изучение кинетики превращения аустенита. Кинетика распада аустенита обычно изучается путём измерения объемного или теплового эффектов во время превращения. CCT измерения (основанные на дилатометрических измерениях) часто выполняют на образцах в форме трубы, используя термомеханические симуляторы Gleeble (1500, 3000, …3800). Температура отслеживается при помощи приваренных термопар.

8 Имитация процессов термомеханической обработки металлов и сварки: Исследовательский комплекс Gleeble-3800

9 Состав комплекса Gleeble-3800 Модуль для испытаний на растяжение (10 тс) и сжатие (20 тс), Модуль дилатометрии, Модуль для испытаний на кручение (50 Нм), Модуль для ударных испытаний (20 тс), Модуль для многоосевой деформации, Маслостанция, Компрессор, Чиллер, Промышленный управляющий компьютер, Персональный компьютер.

10 Рабочее состояние Gleeble-3800

11 Устройство для приварки термопар

12 Рабочая камера

13 Камера для многоосевой деформации

14 Образцы для испытаний

15 Экспериментальные данные об изменении объема в зависимости от температуры для HSLA-Nb/Ti стали после аустенизации при 950 0C. Средняя скорость охлаждения (CR) – около 50 0C/s.

16 Во время распада аустенита происходит увеличение объёма образующихся фаз. Для ферритной фазы при превращении    дилатометр показывает относительное увеличение объема от 0.012 до 0.019 при уменьшении температуры от 800 до 600 0C. Доля превращенного аустенита X(T) может быть определена из данных о расширении D(T) при помощи выражения:  и P – коэффициенты температурного расширения аустенита и продуктов распада (). Отношение (1) совместимо с допущением о правиле смеси для температурных коэффициентов расширения во время превращения. (1)

17  8 s TAe3 =856 0C TS =750 0C TF =600 0C Кривая охлаждения и характерные температуры для стали HSLA-Nb/Ti, CR = 50 0C/с

18 Превращённая доля в зависимости от температуры для скорости охлаждения CR = 50 0C/с

19 19 Хотя низкоуглеродистые (особенно ультра низкоуглеродистые) стали обрабатываются при помощи процессов термомеханического контролируемого охлаждения, которые широко используются в различных технологиях горячей прокатки, есть много проблем в классификации различных микроструктур. Часто механизмы их формирования не достаточно хорошо понятны. Сложности в микроструктурной классификации видманштетого феррита (WF), бейнита (B) и также мартенсита (M) связаны с отсутствием карбидов ввиду низкого содержания углерода, а также из-за фрагментации зерна при термомеханических обработках, для улучшения механических свойств.

20 Обозначения и терминология для ферритных микроструктур в соответствии с японским бейнитным комитетом ISIJ [2].

21 Полигональный и квази-полигональный феррит. Полигональный или равноосный феррит. Морфология. Ферритная микроструктура, которая формируется при высоких температурах и низких CR в низкоуглеродистых сталях, зарождаются как преципитаты зернограничного феррита (смотри рисунок) и растут внутрь равноосных зёрен с плоских границ. При рассмотрении геометрии зерна этот тип феррита называется равноосным или полигональным ферритом (PF) и обозначается как P (ISIJ bainite committee notation [2]). Возможные формы зародышей феррита: a) зернограничные аллотриаморфы; b) идиоморфы; c) видманштеттовы стенки пластин. Austenite GB

22 Примеры микроструктур с PF PF (светлые зёрна) сформированные в стали HSLA-80 (0.06C-1.45Mn-1.25Cu-0.97Ni-0.72Cr-0.42Mo) для изотермического превращения при 675 0C в течении 500 с. Тёмная структура – мартенсит, сформированный во время охлаждения [3].

23 Смешанная микроструктура, содержащая зёрна PF и перлита (P), может формироваться в сталях с относительно высоким содержанием углерода Микроструктура стали A36 (0.17C-0.74Mn-0.012Si), полученная после CCT теста [4].

24 DQSK (d=38 m) V-сталь (d=36 m) Nb-сталь (d=18 m; r=0.5) сталь Nb/Ti-50 (d=18 m) DQSK (Drawing Quality Special Killed); d - размер зерна аустенита; r – остаточная деформация. Формирование микроструктуры PF стимулируется низким размером зерна аустенита и остаточной деформацией (упрочнением) Микроструктуры PF получены из тестов на CCT для различных коммерческих низкоуглеродистых сталей [4]. CR  100 0C/s

25 Квазиполигональный феррит (QPF). Морфология. Эти микроструктуры характеризуются зернами квази-полигонального феррита с нерегулярными границами и формируются при более низких температурах (высоких CR) чем PF. Микроструктуры QPF обозначаются как q (ISIJ bainite committee notation [2]). QPF формируется в ультранизкоуглеродистых сталях (0.005C-3.0Mn) [3]. CR = 50 0C/s

26 26 Микроструктура QPF поученная после промышленного охлаждения для стали HSLA Nb/Ti - 80 CR  50 0C/s; Tcoil = 650 0C Смешанная микроструктура, состоящая из множества зёрен с размером (EQAD) в пределах 2-3 m и небольшого количества больших зёрен, является типичной для горячекатаных коммерческих HSLA-Nb/Ti сталей.

27 Te3 Морфология феррита, кинетика превращения и размер зерна феррита – как функции от скорости охлаждения и размера зерна аустенита. Химический состав исследуемых сталей (wt.%).

28 Условия охлаждения, параметры кинетики превращения и размер ферритного зерна для Стали 2

29 QPF (CR = 46 0C/s; d = 5.2 мкм) PF (CR = 5 0C/s; d = 6.7 мкм) Ферритные микроструктуры, полученные при различных условиях охлаждения для Стали 2 Размер зерна аустенита d = 12 мкм.

30 Температура старта превращения TS и размер зерна феррита как функции от скорости охлаждения и размера зерна аустенита для Стали 2 d = 12 m d = 24 m

31 31 Плотность дислокаций в P/QP феррите Плотность дислокаций в микроструктурах полигонального/квазиполигонального (P/QP) феррита радикально уменьшается с увеличением температуры превращения. Сплав Fe - 2%Mn [5]: a,b) P-феррит, полученный при охлаждении в печи (d  21012 m-2); c,d) QP-феррит, при охлаждении на воздухе (d  51013 m-2)

32 Электронные (TEM) микроснимки зёрен QP-феррита в стали 2 При высокой плотности дислокаций в QP-феррите зёрна могут быть в значительной мере неравноосными. Дислокации имеют могут быть свободными, формировать ячеистые структуры или другие конфигурации, d  1014m-2