钙对45钢显微组织及冲击韧性的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.01.006 第16卷第1期 北京科技大学学报 Vol.16 No.1 19942 Joumnal of University of Science and Technology Beijing Fb.1994 钙对45钢显微组织及冲击韧性的影响 高德春李承基 曹凤豫 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要用端淬法研究了微量钙对45钢淬透性的影响，以及对正火态、调质态及淬火低温回火态 的显微组织和室温冲击韧性的影响；用俄歌能谱(AES)分析了沿晶断口表面钙的含量.结果表 明，微钙钢的淬透性稍低于无钙钢；微钙钢的奥氏体晶粒粗化、珠光体片层间距显著增大，3种 热处理状态下的室温冲击韧性均有所降低·这些现象与中碳合金钢中所得结果有明显不同，根据 钙在奥氏体晶界的偏聚现象及其与其他元素的偏聚互作用理论，对此进行了讨论· 关键词微合金化，冲击韧性，淬透性/品界偏聚 中围分类号TG142.31,0614.231 Effect of Ca on Microstructure and Impact Toughness of 45 Steel Gao Dechun Li Chengji Cao Fengyu Department of Materials Science and Engineering,Beijing 100083,PRC ABSTRACT An effect of Ca on the hardenability,microstructures and impact toughness at room temperature of 45 steel has been investigated.The results show that a trace of Ca in 45 steel behaves towards microalloying.The longitudinal impact toughness at room temperature and hardenability are lowed by an addition of Ca.The austenite grains and interlamellar spacing of pearlite are coarsed,and some intergranular fractures have been observed in 45Ca steel. AES analysis shows that Ca segregations markedly along austenite grain boundaries.The rea- sons to affect all of these phenomenons have been discussed by Ca-segregations on the austenite grain boundaries. KEY WORDS micro-alloying steel,impact toughness,hardenability/grain boundary segregation 微钙钢最早应用于易切削钢).随着喷粉冶金技术的发展，向钢中加钙的技术难点已 能很好解决，微钙钢的应用得到迅速发展【2~！，钙在钢中的作用尚鲜有报道·俄歇能谱(AES) 分析表明小：钙在58CrV钢的奥氏体晶界有明显的偏聚现象，并促进碳、硅、铬元素在晶 界的偏聚.本文研究微量钙在奥氏体晶界的偏聚和对显微组织及冲击韧性的影响， 1试验方法 1992-12-29收稿 第一作者男25岁顾士生

第 16 卷 第 1 期 1 9 94 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ aUm l o f U in sevr iyt o f S caen a nd T“ 上n o of gy eB ijgin Vo l . 16 No 。 1 I功 . 1 9 9 4 钙 对 4 5 钢显微 组织及冲击韧性 的影 响 高德春 李承 基 曹凤 豫 北京科技大学材料科学 与工程 系 , 北京 1创洲犯 3 摘要 用端淬法研究 了微量钙对 45 钢 淬透性 的影 响 , 以及对正 火态 、 调质 态及 淬火 低温 回 火 态 的显微组 织和室温冲击韧性的影响; 用俄歇 能谱 ( Af S ) 分析 了沿晶断 口 表面 钙的含量 . 结果 表 明 , 微钙 钢的淬 透性稍低于 无钙钢; 微 钙钢 的奥 氏体晶粒粗化 、 珠光体片层 间距显 著增大 , 3 种 热处理状 态下 的室温冲击韧性均有所降低 . 这些现象与 中碳合金钢中所得结果有 明显不 同 . 根据 钙在 奥氏 体晶界 的偏聚现象及其与其他元素的偏聚互作用 理论 , 对此进行 了讨论 . 关键词 微合金化 , 冲击韧性 , 淬透性 / 晶界偏 聚 中圈分类 号 T G 142 . 3 1 , 0 6 14 . 231 E 伟沈t o f C a o n M i eor s utr ct uer a nd I m P a ct oT ug l l n es s o f 4 5 S et l Gao D e c h un LI hC 翻护 C “ 。 卢h 王卿u 块p alt ~ t of M at en alS S d ~ a n d E n ig ~ ng , eB ij ng 】侧X粥3 , RP C A B S T R AC T A l l e 压双 of aC o n ht c ha 记 ena b il ty , 而cor s utr Ct u n 污 a dn ir n P a ct ot gu h n c 弼 at or o m t e m P眼t u er o f 4 5 5枉笼 1 h as b 泥 n in ves igt a回 . T七c 。 川招 s h o w th a t a iat ce o f aC in 4 5 s枉兄1 be h a ves ot 姗dsr cmor a lo y ign . hT e fo n g it du ian l im Pa ct ot u g h n 。 粥 a t or o m et m P aer t u er a n d ha 记aen b il yt a er fo w 以 1 b y a n a d d i iot n o f aC . hT e a us 忱泊 iet g ar ins a dn in et alr m el a r sP a a n g of p ae ilr et a er co a 凶习 , a dn so 此 in t e gr ar n ialt r afr Ct u n 荡 ha ve be en o h 记vr de in 45 aC s t e l . A ES a an lys is s h o 讹 t h a t aC 涨名er g a it o ns am kr del y a l o n g a us ent i et g ar in bo u dn a ir es . hT e aer - so ns ot a fl忱t al of t h。 祀 p h en o ~ ns ha ve h 泥 n d is a 田洛 de b y aC 一 涨名代名a iot ns on t he a us et 苗et g ar in bo u n d a ir es . K E Y W O R DS 而cor 一 a lo y ign s让” 1 , 皿p a ct ot ug iln es , ha dr aen b il yt / g ar in bo un da yr gse ger iat o n 微钙 钢 最早 应用 于 易切 削钢 「’ } . 随着 喷粉冶 金 技 术 的发 展 , 向 钢 中加 钙 的技 术 难 点 已 能很好解 决 , 微钙钢 的应 用得 到迅 速发展 【卜 4 】 . 钙在钢中的作用尚鲜有 报道 . 俄歇能谱 ( A E S ) 分析 表 明 【2 :] 钙在 58 C r V 钢 的奥 氏体晶界 有 明显 的偏 聚现象 , 并促 进 碳 、 硅 、 铬 元 素在 晶 界 的偏 聚 . 本文研究 微量 钙在 奥 氏体 晶界 的偏 聚 和对显微组 织及 冲击韧 性 的影 响 . 1 试验方法 1卯2 一 12 一 29 收稿 第 一作 者 男 25 岁 硕士 生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 01. 006

Vol.16 No.I 高德春等：钙对45钢显微组织及冲击韧性的影响 .27. 试验用钢采用45圆钢为原料，经80W真空高频感应炉重溶并通氩气保护.钙以Ca25% -S75%合金形式在出钢前2mi加人炉内.锭重28kg.钢锭经扩散退火后锻成淬透性试样 和冲击试样坯料，退火后加工成试样.淬透性测定按GB225~63标准进行，奥氏体化温度 为860℃，冲击试样经不同热处理后，精磨开“V”型缺口，在电动摆锤式冲击试验机进行 冲击功的测定.每个实验值为4个试样的平均值，相应的冲击功为4个试样的平均值，相应 的硬度值为4个试样共12个点的平均值.试验用钢的分析成分如表1所示， 表1试验用钢的化学成分，% Table 1 Compositions of experimental stee,% 样品号 C Si Mn Ca Al 0.48 0.20 0.45 0.003 0.025 0.015 0.49 0.30 0.44 0.005 0.004 0.024 0.016 用S-250MK3型扫描电镜观察组织.奥氏体晶界成分是在Microlab-MK2型俄歇能谱 仪上获得的.直径3mm、长30mm的试样经950℃淬火后精磨开“V”形缺口，装入俄歇 谱仪内在液氮温度下打断，以保证获得完全的沿晶断口. 2试验结果 2.1钙对45钢室温冲击韧性的影响 微钙钢和无钙钢的室温冲击韧性测试结果如表2所示.从表2可看到，在上述3种热处 理条件下，与无钙钢相比，微钙钢的室温纵向冲击功均呈现降低趋势，但是，在淬水过程中 发现，8个无钙钢试样淬水均出现明显的纵向裂纹，而微钙钢则只有2个试样淬裂.这个现 象表明，微钙钢的横向冲击韧性有可能高于无钙钢 表245钢和45Ca钢的室温冲击功的比较 Table 1 Impact toughness at room temperature of steel 45 and 45Ca 钢号 热处理工艺 冲击功(J) 硬度(HRC) 45 910℃，空冷 26.2 28.1 45Ca 910℃，空拎 22.2 19.6 45 910℃，淬水+580℃ 77.0 34.4 45Ca 910℃，淬水+580℃ 69.2 32.4 45 910℃，淬水+180℃ 12.0 51.1 45Ca 910℃，淬水+180℃ 5.0 51.7 2.2 钙对45钢显微组织及断口的影响 图1(、b)所示为无钙钢和微钙钢淬火低温回火状态的显微组织，微钙钢的马氏体针和 原奥氏体晶粒较粗大，微钙钢有少量铁素体沿原奥氏体晶界析出，而无钙钢则没有发现· 断口形貌图I(c、d)显示，无钙钢的原奥氏体晶界呈现韧窝断口，而微钙钢则出现较多的沿晶

vo l . 61 No . 1 高德春等 : 钙对 45 钢显微组织及冲击韧性 的影 响 · 2.7 试验 用钢 采用 45 圆钢 为原 料 , 经 80 k w 真 空高 频感 应炉 重溶 并通 氢气保护 . 钙 以 aC 25 % 一 5 17 5 % 合金形 式在 出钢 前 2 ~ 加人 炉 内 . 锭重 2 8 k g . 钢 锭经 扩散 退火 后 锻成 淬透性 试 样 和冲 击试 样坯 料 , 退 火 后加 工成 试样 . 淬透 性测 定 按 G B 2 25 一 63 标 准 进行 , 奥 氏体 化 温 度 为 8 60 ℃ . 冲击试样 经不 同热处理后 , 精磨开 “ V ” 型缺 口 , 在 电动摆 锤式 冲击 试验 机 进 行 冲击 功 的测定 . 每 个 实验值 为 4 个 试样 的平均 值 , 相 应 的冲 击功 为 4 个 试 样的平均值 , 相应 的硬 度值为 4 个 试样 共 12 个 点 的平均值 . 试 验用 钢 的分析成 分 如表 1 所示 . 表 1 试验用钢的化 学成分 , % 1、 b匕 I C佣甲画愉脂 of e却d 加曰间 动州 , % 样品 号 C 5 1 M n o 派 IA S P 1 .0 48 0 . 20 0 . 45 一 0 . 0 3 0 . 0 25 0 . 01 5 2 0 . 49 0 . 30 0 . 4 0 . 0 5 0 . (I 衅 0 . 0 24 0 . 0 1 6 用 S 一 2 5O M K 3 型扫 描 电镜 观察 组织 . 奥 氏体 晶界成 分是 在 M i cor la b 一 M K Z 型俄 歇 能 谱 仪 上获得 的 . 直 径 3 ~ 、 长 30 I n l n 的试样 经 95 0 ℃ 淬 火后 精 磨 开 “ V ” 形 缺 口 , 装 人 俄 歇 谱仪 内在 液 氮温 度下 打断 , 以保 证 获得完全 的沿晶 断 口 . 2 试验结 果 2 . 1 钙对 45 钢 室温 冲击韧 性 的影 响 微 钙钢 和无 钙钢 的室温 冲击 韧性 测试 结果 如表 2 所示 . 从表 2 可看 到 , 在上 述 3 种 热 处 理 条件下 , 与无钙 钢相 比 , 微钙 钢 的室温 纵 向冲击 功均 呈现 降低趋 势 . 但是 , 在 淬水 过程 中 发现 , 8 个 无钙 钢试样 淬水 均 出现 明显 的纵 向裂纹 , 而微 钙钢 则 只有 2 个试 样 淬 裂 . 这 个 现 象表 明 , 微钙 钢 的横 向冲击 韧性 有可 能高 于无 钙钢 . 表 2 45 钢和 45 aC 钢的室 温冲击功的 比较 aT 决 1 加伸d 如毛加踢 at n 田 , 1 1 如 1碑拍加花 健 劝刘 45 a 月目 45 aC 钢 号 热 处 理 工 艺 冲 击 功 ( )J 硬 度 ( H R C ) 45 9 10 ℃ , 空 冷 26 . 2 28 . 1 4 5 Q g lo oC , 空 冷 22 . 2 19 . 6 45 9 10 ℃ , 淬水 + 580 aC 77 . 0 34 . 4 45 C a 910 ℃ , 淬水 + 580 ℃ 69 . 2 32 . 4 45 9 10 ,C , 淬水 + l豹 aC 12 . 0 5 1 . 1 45 aC 9 10 ,C , 淬水 + 1 80 aC 5 . 0 5 1 . 7 2 . 2 钙 对 45 钢显微组织 及断 口 的影 响 图 1 ( a 、 b ) 所 示 为无钙 钢和 微钙 钢淬 火低 温 回火 状态 的显 微组 织 , 微钙 钢 的马 氏体针 和 原 奥 氏体晶 粒 较 粗 大 . 微 钙 钢 有 少量 铁素 体沿 原 奥 氏 体 晶 界 析 出 , 而 无钙钢 则没有发现 . 断 口 形貌 图 1 ( c 、 d )显 示 , 无钙钢 的原 奥 氏体晶界 呈现 韧窝 断 口 , 而 微钙 钢则 出现 较多 的沿晶

vo l . 16 No . 1 高德春等 : 钙对 45 钢显微组织及冲击韧性 的影 响 · 2 7. 试验 用钢 采用 45 圆钢 为原 料 , 经 80 k w 真 空高 频感 应炉 重溶 并通 氢气保护 . 钙 以 aC 25 % 一 5 17 5 % 合金形 式在 出钢 前 2 ~ 加人 炉 内 . 锭重 2 8 k g . 钢 锭经 扩散 退火 后 锻成 淬透性 试 样 和冲 击试 样坯 料 , 退 火 后加 工成 试样 . 淬透 性测 定 按 G B 2 25 一 63 标 准 进行 , 奥 氏体 化 温 度 为 8 60 ℃ . 冲击试样 经不 同热处理后 , 精磨开 “ V ” 型缺 口 , 在 电动摆 锤式 冲击 试验 机 进 行 冲击 功 的测定 . 每 个 实验值 为 4 个 试样 的平均 值 , 相 应 的冲 击功 为 4 个 试 样的平均值 , 相应 的硬 度值为 4 个 试样 共 12 个 点 的平均值 . 试 验用 钢 的分析成 分 如表 1 所示 . 表 1 试验用钢的化 学成分 , % 1、 b匕 I C佣甲画愉脂 of e却d 加曰间 动州 , % 样品 号 C 5 1 M n o 派 IA S P 1 .0 48 0 . 20 0 . 45 一 0 . 0 3 0 . 0 25 0 . 01 5 2 0 . 49 0 . 30 0 . 4 0 . 0 5 0 . (I 衅 0 . 0 24 0 . 0 1 6 用 S 一 2 5O M K 3 型扫 描 电镜 观察 组织 . 奥 氏体 晶界成 分是 在 M i cor la b 一 M K Z 型俄 歇 能 谱 仪 上获得 的 . 直 径 3 ~ 、 长 30 I n l n 的试样 经 95 0 ℃ 淬 火后 精 磨 开 “ V ” 形 缺 口 , 装 人 俄 歇 谱仪 内在 液 氮温 度下 打断 , 以保 证 获得完全 的沿晶 断 口 . 2 试验结 果 2 . 1 钙对 45 钢 室温 冲击韧 性 的影 响 微 钙钢 和无 钙钢 的室温 冲击 韧性 测试 结果 如表 2 所示 . 从表 2 可看 到 , 在上 述 3 种 热 处 理 条件下 , 与无钙 钢相 比 , 微钙 钢 的室温 纵 向冲击 功均 呈现 降低趋 势 . 但是 , 在 淬水 过程 中 发现 , 8 个 无钙 钢试样 淬水 均 出现 明显 的纵 向裂纹 , 而微 钙钢 则 只有 2 个试 样 淬 裂 . 这 个 现 象表 明 , 微钙 钢 的横 向冲击 韧性 有可 能高 于无 钙钢 . 表 2 45 钢和 45 aC 钢的室 温冲击功的 比较 aT 决 1 加伸d 如毛加踢 at n 田 , 1 1 如 1碑拍加花 健 劝刘 45 a 月目 45 aC 钢 号 热 处 理 工 艺 冲 击 功 ( )J 硬 度 ( H R C ) 45 9 10 ℃ , 空 冷 26 . 2 28 . 1 4 5 Q g lo oC , 空 冷 22 . 2 19 . 6 45 9 10 ℃ , 淬水 + 580 aC 77 . 0 34 . 4 45 C a 910 ℃ , 淬水 + 580 ℃ 69 . 2 32 . 4 45 9 10 ,C , 淬水 + l豹 aC 12 . 0 5 1 . 1 45 aC 9 10 ,C , 淬水 + 1 80 aC 5 . 0 5 1 . 7 2 . 2 钙 对 45 钢显微组织 及断 口 的影 响 图 1 ( a 、 b ) 所 示 为无钙 钢和 微钙 钢淬 火低 温 回火 状态 的显 微组 织 , 微钙 钢 的马 氏体针 和 原 奥 氏体晶 粒 较 粗 大 . 微 钙 钢 有 少量 铁素 体沿 原 奥 氏 体 晶 界 析 出 , 而 无钙钢 则没有发现 . 断 口 形貌 图 1 ( c 、 d )显 示 , 无钙钢 的原 奥 氏体晶界 呈现 韧窝 断 口 , 而 微钙 钢则 出现 较多 的沿晶

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vo l . 16 No . 1 高德春等 : 钙对 45 钢显微组织及冲击韧性 的影 响 · 2.7 试验 用钢 采用 45 圆钢 为原 料 , 经 80 k w 真 空高 频感 应炉 重溶 并通 氢气保护 . 钙 以 aC 25 % 一 5 17 5 % 合金形 式在 出钢 前 2 ~ 加人 炉 内 . 锭重 2 8 k g . 钢 锭经 扩散 退火 后 锻成 淬透性 试 样 和冲 击试 样坯 料 , 退 火 后加 工成 试样 . 淬透 性测 定 按 G B 2 25 一 63 标 准 进行 , 奥 氏体 化 温 度 为 8 60 ℃ . 冲击试样 经不 同热处理后 , 精磨开 “ V ” 型缺 口 , 在 电动摆 锤式 冲击 试验 机 进 行 冲击 功 的测定 . 每 个 实验值 为 4 个 试样 的平均 值 , 相 应 的冲 击功 为 4 个 试 样的平均值 , 相应 的硬 度值为 4 个 试样 共 12 个 点 的平均值 . 试 验用 钢 的分析成 分 如表 1 所示 . 表 1 试验用钢的化 学成分 , % 1、 b匕 I C佣甲画愉脂 of e却d 加曰间 动州 , % 样品 号 C 5 1 M n o 派 IA S P 1 .0 48 0 . 20 0 . 45 一 0 . 0 3 0 . 0 25 0 . 01 5 2 0 . 49 0 . 30 0 . 4 0 . 0 5 0 . (I 衅 0 . 0 24 0 . 0 1 6 用 S 一 2 5O M K 3 型扫 描 电镜 观察 组织 . 奥 氏体 晶界成 分是 在 M i cor la b 一 M K Z 型俄 歇 能 谱 仪 上获得 的 . 直 径 3 ~ 、 长 30 I n l n 的试样 经 95 0 ℃ 淬 火后 精 磨 开 “ V ” 形 缺 口 , 装 人 俄 歇 谱仪 内在 液 氮温 度下 打断 , 以保 证 获得完全 的沿晶 断 口 . 2 试验结 果 2 . 1 钙对 45 钢 室温 冲击韧 性 的影 响 微 钙钢 和无 钙钢 的室温 冲击 韧性 测试 结果 如表 2 所示 . 从表 2 可看 到 , 在上 述 3 种 热 处 理 条件下 , 与无钙 钢相 比 , 微钙 钢 的室温 纵 向冲击 功均 呈现 降低趋 势 . 但是 , 在 淬水 过程 中 发现 , 8 个 无钙 钢试样 淬水 均 出现 明显 的纵 向裂纹 , 而微 钙钢 则 只有 2 个试 样 淬 裂 . 这 个 现 象表 明 , 微钙 钢 的横 向冲击 韧性 有可 能高 于无 钙钢 . 表 2 45 钢和 45 aC 钢的室 温冲击功的 比较 aT 决 1 加伸d 如毛加踢 at n 田 , 1 1 如 1碑拍加花 健 劝刘 45 a 月目 45 aC 钢 号 热 处 理 工 艺 冲 击 功 ( )J 硬 度 ( H R C ) 45 9 10 ℃ , 空 冷 26 . 2 28 . 1 4 5 Q g lo oC , 空 冷 22 . 2 19 . 6 45 9 10 ℃ , 淬水 + 580 aC 77 . 0 34 . 4 45 C a 910 ℃ , 淬水 + 580 ℃ 69 . 2 32 . 4 45 9 10 ,C , 淬水 + l豹 aC 12 . 0 5 1 . 1 45 aC 9 10 ,C , 淬水 + 1 80 aC 5 . 0 5 1 . 7 2 . 2 钙 对 45 钢显微组织 及断 口 的影 响 图 1 ( a 、 b ) 所 示 为无钙 钢和 微钙 钢淬 火低 温 回火 状态 的显 微组 织 , 微钙 钢 的马 氏体针 和 原 奥 氏体晶 粒 较 粗 大 . 微 钙 钢 有 少量 铁素 体沿 原 奥 氏 体 晶 界 析 出 , 而 无钙钢 则没有发现 . 断 口 形貌 图 1 ( c 、 d )显 示 , 无钙钢 的原 奥 氏体晶界 呈现 韧窝 断 口 , 而 微钙 钢则 出现 较多 的沿晶

·30. 北京科技。大学学报 1994年No.1 微钙钢珠光体片层明显粗化现象可能与钙的晶界偏聚导致共析分解过冷度的降低有关， 一般规律确认，珠光体片层间距（s)与过冷度（④T) G一與氏休自由能 成反比61： Gx一含Ca奥氏体自由能 G,一森光体自由能 so[1/△T]=1/(T。-T) 式中T为转变温度，T。为奥氏体的自由能(G) 和珠光体自由能(G,)相等的温度，如图4所示.以G表示 无钙钢的奥氏体自由能，G表示微钙钢的奥氏体自由能， △T 微量钙对珠光体自由能的影响可忽略.显然，这只有满 G 足GA>G时才有可能.如果钙在奥氏体晶界偏聚，将 G 会降低晶界能，从而满足上述条件，使过冷度减小， G 导致珠光体片层间距增大.然而，在一些合金钢中， T/K 由于钙与其他合金元素的偏聚互作用使得晶界能降 图4。奥氏体和珠光体自由能与温度关系 低的效应不明显，因而对珠光体片层间距的影响不大 的示意图 钙的晶界偏聚降低了晶界能，也即降低了碳在 Fig.4 A schematic representation of the free 晶界扩散的能垒，按界面扩散控制共析分解的局部 energy-temperature curves for the austenite and peartite 平衡模型【)，也是有利于珠光体形成的. 钙的晶界偏聚降低了晶界能（△G,).在较高的温度下，微钙钢的奥氏体晶粒比无钙钢粗 大是可能的.如下所示：Moo exp(-△G/RT) 4结论 (1)微量钙对正火、周质及淬火低温回火状态45钢的室温冲击韧性有一定的降低作 用，并对横向的淬水开裂倾向有一定的缓和作用· (2)微量钙使得45钢的珠光体片层间距增大、奥氏体晶粒及回火索氏体粗化，珠光体 硬度明显降低， (3)钙在奥氏体品界有明显偏聚效应，偏聚比达66. 参考文献 1张信昭，喷粉冶金基本原理，北京：冶金工业出版社，1988.308~315 2陆丰，李承基，曹风豫等.C在58CrV钢中合金化行为.金属学报，1992,6：A243~249 3今井达也等.韧性)优九尤快削钢.日本专利，昭54-147121.1979-11-17 4李承基，陆丰，曹风豫等.微钙高硬高韧结构钢的研究.北京科技大学学报，1993,15(1)：38~43 5高德春，李承基，曹风豫.Ca对42MnCr钢显微组织及冲击韧性影响.金属热处理学报，1993(3)：9~14 6 Porter D A,Eastertling K E.Phase Transformations in Metals and Alloys.UK:Van Nostrand Reinhold Co Ltd,.1981.330;135 7 Purdy G R.Proc Intemational Conference on Solid-Solid Phase Transformations.In:Aaronson H I. et al,eds.The Metallugical Society of AIME.1982.521~531

北 京 科 技 大 学 学 报 1望科 年 N 6 . 1 微钙 钢珠 光体片 层 明显粗 化现 象 可能 与钙 的晶界 偏 聚导致 共 析 分解 过 冷 度 的降 低 有 关 . 一般规律 确认 , 珠 光 体 片层 间距 ( 、 ) 与过 冷度 (△ )T 成反 比 16 ] : 、 的 { l / △ T] 二 l / ( 0T 一 )T 式 中 T 为转变 温度 , 0T 为 奥 氏体 的 自由能 ( G ; ) 和珠光体自由能 ( G p )相 等的温度 , 如图 4 所示 . 以 G^ 表示 无钙钢的奥 氏体 自由能 , G^, 表示微钙钢 的奥氏体自由能 , 微量 钙 对 珠光体 自由能 的影 响可忽略 . 显 然 , 这 只有 满 足味 > G^, 时才有可能 . 如果钙在奥 氏体晶界偏 聚 , 将 会 降低 晶界 能 , 从而 满 足上 述条 件 , 使 过 冷度减 小 , 导致 珠光体 片层 间距 增 大 . 然而 , 在 一 些合 金钢 中 , 由于 钙 与其 他合 金元素 的偏 聚互 作 用使 得 晶界 能 降 低 的效应不明显 , 因而对 珠光 体片层 间距 的影 响不大 . 钙 的 晶界偏 聚 降低 了 晶界能 , 也 即降低 了碳在 晶界 扩散 的能垒 . 按 界 面扩 散控 制共 析分解 的局部 平 衡模型 〔 ’ ] , 也是 有 利于 珠光 体形 成 的 . G^ 一 奥 氏 休 自由 能 G 、 一 含 Q 奥 氏 体 自 由 能 G , 一 珠 光体 自由 能 吕 工 · f心V\ T / K 图 4 奥氏体和珠光体 自由能与温度关系 的示意 图 I触 . 4 A 熨加闭. kI 珑p 妞. 1怕垃刃 of 血 云锐 . 祀砚罗一 往m 伴m 臼叮 e a 山 , e s of r ht e a . 动 en iet a记 户汾 币t e 钙 的 晶界 偏 聚 降低 了 晶界 能 (△ aG ) . 在较 高 的温度 下 , 微钙 钢 的奥 氏 体 晶粒 比 无钙 钢粗 大是 可能 的 . 如下所 示 : M 的 ex p ( 一 △ aG / R )T 4 结 论 ( l) 微量 钙 对 正 火 、 调 质 及 淬 火低 温 回 火状 态 45 钢 的室 温 冲 击 韧 性 有 一 定 的降 低 作 用 , 并 对 横 向的淬 水 开裂倾 向有 一定 的缓 和作 用 . ( 2) 微量 钙使 得 45 钢 的珠 光体片层 间距 增 大 、 奥 氏体 晶粒 及 回 火 索 氏 体粗 化 , 珠 光 体 硬 度 明显降低 . ( 3 ) 钙 在 奥 氏体晶界有 明显偏 聚效 应 , 偏 聚 比达 6 . 参 考 文 献 张信昭 . 喷粉冶 金 基本原理 . 北京: 冶金工 业出 版社 , 198 . 308 一 3 巧 陆丰 , 李承基 , 曹凤豫等 . aC 在 58 C ry 钢中合金 化行为 . 金属 学报 , 1卯2 , :6 A 24 3 一 24 9 今井 达也等 . 韧性。 优 扎 众 快削钢 . 日 本专利 , 昭 另一 147 1 21 . 】97 9 一 1 一 17 李承基 , 陆丰 , 曹凤豫等 . 微 钙高 硬 高 韧结构 钢的 研究 . 北京科 技大学学报 , 1卯3 , 巧 ( l) : 38 一 43 高德春 , 李承基 , 曹凤豫 . aC 对 4 2M nC r 钢显微组织及 冲击韧性影 响 . 金属 热处理学报 , 1卯3 ( 飞) :9 一 14 oP rt e r D .A E a s t e rt 】i n g K E . P 】飞议 T n 汀` fo n n a ito ns in M e l正1 1 5 a n d A I】。 笋 . U K : va n N 沈t `比n d R e i n h o kl ( 义, L td , 198 1 . 3 30 ; 13 5 P切心y G R . P n 又 I n t e am iot n 川 C 。 刀 企r e n c e o n S o idl 一 oS idl P比嵘 T ar 招of l l l 飞l iot ns . nI 二 户以m 庄幻n H l . e t al , 。 」5 . 刃℃ M e at ll哈ca l 反劝e ty o f IA M E , 19 82 . 5 21 一 5 31