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帶狀組織的形成原因及消除方法
  發(fā)布時(shí)間:2023年01月18日 點(diǎn)擊數(shù):

       帶狀組織是指亞共析鋼中珠光體和鐵素體呈帶狀排列的現(xiàn)象,是鋼在冶煉過程中形成的缺陷組織。

       鋼液在鑄錠結(jié)晶過程中選擇性結(jié)晶,形成化學(xué)成分不均勻分布的枝晶組織。鋼錠中的粗大枝晶在軋制時(shí)沿變形方向被拉長,并逐漸與變形方向一致,從而形成碳及合金元素的貧化帶和富化帶,彼此交替堆疊。在緩冷條件下,先在碳和合金元素的貧化帶(過冷奧氏體的穩(wěn)定性較低)析出先共析鐵素體,將多余的碳排入兩側(cè)的富化帶,最終形成以鐵素體為主的帶;而碳及合金元素的富化帶(過冷奧氏體穩(wěn)定性較高)在其后形成以珠光體為主的帶,最終形成以鐵素體和珠光體交替排列的帶狀組織。成分偏析越嚴(yán)重,形成的帶狀組織越嚴(yán)重。鋼中存在磷的偏析時(shí)會(huì)形成帶狀組織。當(dāng)鋼在A3-A1區(qū)間慢冷時(shí),高磷區(qū)域的A3溫度高,首先形成鐵素體,碳被濃縮到低磷區(qū),造成低磷富碳區(qū),在隨后冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,形成珠光體,使組織分層排列。

       錳也是促進(jìn)帶狀偏析形成的元素。熱軋鋼中,一般形成珠光體處的含錳量較高,而析出鐵素體處含錳量較低。鋼經(jīng)熱軋后緩慢冷卻,先共析鐵素體將優(yōu)先沿變形纖維分布方向的低錳處析出,然后碳將推進(jìn)到高錳處形成珠光體,結(jié)果珠光體與鐵素體相間分布呈條帶狀。

       如果鋼材中存在沿軋制方向被拉長為呈帶狀分布的非金屬夾雜物,在冷卻過程中,這些夾雜物就可能成為鐵素體優(yōu)先析出的核心,而形成鐵素體帶,一般就很難用正火的方法予以消除。這種帶狀組織必須先采用高溫均勻化退火后再正火處理來改善。

       如果奧氏體中的合金元素分布不均勻,將導(dǎo)致其晶粒長大傾向不一,在碳化物形成元素的富化區(qū)易殘留未溶碳化物,降低碳原子的擴(kuò)散速度,從而抑制晶粒長大;在貧化區(qū)晶粒則容易長大,故易出現(xiàn)混晶組織。淬火時(shí),合金元素貧化區(qū)的淬透性低,易形成非馬氏體組織。滲碳淬火時(shí),混晶中的粗大晶粒形成粗大針狀馬氏體,將增加殘留奧氏體量。因此,帶狀組織在常規(guī)熱處理之后都具有較低的力學(xué)性能。此外,因成分偏析引起膨脹系數(shù)和相變前后比體積差異增大,使零件淬火變形增大。

      帶狀組織由于其顯微組織分層排列,因而使其力學(xué)性能具有方向性,即沿帶狀縱向的抗拉強(qiáng)度高,韌性也好,但橫向的性能就比較差,不僅強(qiáng)度低,韌性也差,而且還會(huì)使鋼的切屑性能變差,同時(shí)使后續(xù)熱處理變形與硬度的不均勻性增加。如果淬火前存在帶狀組織,淬火加熱過程中不可能全部消除,淬火后殘存的帶狀組織會(huì)使工件產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力,甚至導(dǎo)致開裂。

       通常碳在奧氏體中的均勻化溫度高于950℃,合金元素的均勻化溫度要高于1100℃,而均勻化時(shí)間受帶狀組織的帶寬、帶間濃度差和要求均勻化程度的限制。因此,欲使帶狀組織中的碳(特別是合金元素)均勻化是相當(dāng)困難的,采用常規(guī)熱處理(如退火、正火、淬火、滲碳等)工藝一般很難消除帶狀組織。

       帶狀組織的嚴(yán)重程度可根據(jù)GB/T 13299 《鋼的顯微組織評定方法》評定。采用常規(guī)熱處理(如退火、正火、淬火、滲碳等)不能消除帶狀組織中合金元素的偏析,雖然快冷可抑制碳的不均勻分布,不出現(xiàn)或減輕帶狀組織,但重新加熱緩冷時(shí)又會(huì)形成帶狀組織。 因此,帶狀組織需要采用電渣重熔、增大結(jié)晶速度、提高終軋溫度、增大鍛造比、進(jìn)行高溫均勻化退火等方法消除。

                                                                                                                文章摘自:每天學(xué)點(diǎn)熱處理