冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响

1、分类号编号Xxxxxxxxxxx毕业论文（设计）冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响EffectofCoolingRateonMicrostructureofMedian-StrengthOrdinaryCarbonizeSteel申请学位：工学学士院系：机电工程系专业：金属材料工程姓名：班级：文金084T学号：丄x指导老师：XXX2012年5月20日XXXXXXX冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响姓名：xxxxxx导师：xxxxx2012年5月20日Xxxxxx毕业论文（设计）任务书院（系）：机电工程系姓名学号毕业届别2012专业毕业论文（设计）题目冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影

2、响指导教师学历博士职称副教授所学专业材料学主要内容：分析冷却速度对中强度普通碳钢内部显微组织引起的变化规律。研究由碳钢组织变化而引起的使用性能的影响。基本要求：论文格式符合要求，内容丰富、紧密，论据具有科学依据和较强的说服力。查阅与论文相关的资料，提出论点、综合论证、总结写作。主要参考文献：1王文才，刘根生等，含碳量和冷却速度对中碳低合金钢组织性能的影响及应用J河北工业大学学报.2002.10,第31卷：第5期2王斌，周晓光等，超快冷却对中碳钢组织和性能的影响J东北大学学报（自然科学版）.2011.1,第32卷：第1期进度安排：2012.2.252012.3.8开题，收集相关资料文献2012.

3、3.92012.5.9阅读资料文献撰写论文初稿2012.5.92012.5.20对初稿进行修改并最终定稿指导教师（签字）：年月日院（系）意见：教学院长（主任）（签字）：年月日备注：摘要冷却是热处理在工件加工工序中最重要的一个环节。在冷却过程中工件内部显微组织会发生相变。冷却速度大小的控制对显微组织的定向改变起着至关重要的作用。合理的控制冷却速度能得到所希望的组织，达到性能的要求。随着工业技术的快速发展，市场对钢件性能的要求也在不断提高，选择适当的冷却速度对钢件的性能的改善很重要。在现实生产过程中，钢件本身的性能往往无法达到预期的要求。研究冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响，目的就是为了更好

4、地控制过冷奥氏体转变为珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织。研究发现，在一定范围内，冷却速度越大，相变所发生开始和结束的温度下降越明显，组织中铁素体的含量也就越少，晶粒会明显细化，强度和韧性方面有所改善。因此，研究冷却速度对中强度普通碳钢显微组织性能的影响，可以更好地满足人们在使用中对钢件性能的要求。关键词冷却速度；显微组织；相变；性能AbstractCoolingheattreatmentinworkpieceprocedureisoneofthemostimportantlink.Intheprocessofcoolingtheworkpieceinternalmicrostructur

5、ewillchangephase.CoolingratecontrolonMicrostrutureofdirectionalchangeplaysavitalrolein.Reasonablecontrolledcoolingratecangetthedesiredtissue,reachingperformancerequirements.Withtherapiddevelopmentofindustrialtechnology,themarketforsteelperformancerequirementsarealsorising,selectionofapprppriatecooli

6、ngrateonsteelpartsoftheperformanceimprovementisveryimportant.Intherealproductionprocess,thesteelitselfperformanceoftencannotachievethedesiredpequirements.Studyofcoolingrateonstrengthmicrostructure,thepurposeistobettercontrolthesupercooledaustenitetransformsintopearlite,bainite,martensiteortheirmixed

7、organization.Astudyreveals,withincertainrange,thelargerthecoolingspeed,phasechangeoccurredinthebeginningandendoftemperaturedropismoreobvious,inferritecontentislessobviously,grainrefinement,strengthandtoughnessisimproved.Therefore,studyonthecoolingspeedonthestrengthofordinarycarbonsteelmicrostruturep

8、erformanceinfluence,canbettermeettheneedsofpeopleintheuseofsteelcomponentsperformancerequirements.Keywordscoolingrate;microstructure;phasechange;performance目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 一、绪论1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document （一）碳钢在生产生活中占有重要的地位1 HYPERLINK l bookmar

9、k12 o Current Document （二）热处理中的冷却速度1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document （三）常见的几种冷却方式11.平衡冷却12.恒速冷却13.变速冷却24.等温冷却2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二、冷却速度对中强度普通碳钢孕育期的影响2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document （一）冷却速度与孕育期关系的规律2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document （二）孕育期与显微组织的关

10、系4 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 三、常规冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响5（一）冷却速度对晶粒度和晶粒数的影响51.冷却速度对晶粒度的影响5冷却速度对晶粒数的影响5（二）冷却速度对晶体相变影响的特点6 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document （三）不同冷却速度下的金相组织71.冷却速度对铁素体组织影响7 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 2.冷却速度对贝氏体组织影响8 HYPERLINK l bookmark52 o Current Doc

11、ument （四）淬火条件下的碳钢显微组织91.淬火介质的选取9淬火冷却速度对碳钢性能的影响9淬火冷却速度对晶体组的影响10 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document （五）冷却速度过快带来的负面影响10魏氏体组织的生成10阻止魏氏体生成的方法11四、超快冷却对中强度普通碳钢显微组织的影响11（一）超快冷却对碳钢性能的影响11（二）超快冷却对碳钢显微组织的影响12 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 结论14 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 致谢15 H

12、YPERLINK l bookmark70 o Current Document 参考文献16 一、绪论一）碳钢在生产生活中占有重要的地位中国拥有悠久的金属材料史，上至几千年前就发现了人类对金属的使用。据史料记载，人类在公元前2800年就已经掌握了铁的熔炼。钢的应用的时期虽然难以确定，但一直居于世界先进行列。在众多钢材中中强度碳钢的使用倍受人们的青睐。碳钢在钢铁行业中也别叫做碳素钢，是指含碳量小于2.11%的铁碳合金，其中也含有Mn、Si、P、S等杂质元素。中强度碳钢不仅具有尽可能高的屈服强度，而且具有良好的韧性和可塑性，因此，中强度碳素钢被广泛的应用到石油、化工、国防、造船、输送管道、桥梁、

13、车辆等领域。总之，人们的生活离不开碳钢，并且至今为止没有任何一种东西可以代替碳钢的存在。中强度碳钢的力学性能具有综合性和优异性，这主要取决于碳钢的成分和组织的分布。但是，碳钢的热处理是发挥碳钢潜力的最有效手段之一，而冷却是热处理中最重要的一个环节。（二）热处理中的冷却速度对中强度碳钢在冷却过程中发生相变的热处理，通过合理控制冷却速度就能达到碳钢在使用中所需求的性能要求。例如，共析成分的碳钢进行热处理时，通过合理的控制温度，将碳钢加热到单相奥氏体区（A】线以上），在保温一定的时间后，观察晶体组织发现组织此时转变为奥氏体组织，特点：均匀，单一。然后开始冷却，在冷却过程中，过冷奥氏体会逐渐转变为珠光

14、体1。随着冷却速度的增加，得到珠光体的片间距减小，碳钢的强度、硬度、塑性提高。当冷却速度大于临界冷却速度时显微组织中将生成贝氏体或马氏体，此时的碳钢硬度最高。但当冷却速度过大时，组织中会有魏氏体的出现，魏氏体是一种有害组织。它是分布在原奥氏体晶粒内部呈针状的先共析铁素体2。魏氏体组织的出现会降低碳钢的力学性能，从而影响碳钢的使用性能。由此可以看出，要想使中强度碳素钢具备良好了力学性能，冷却速度的选择就显得尤其重要。（三）常见的几种冷却方式3冷却方式可以根据冷却条件分为两大类，即平衡冷却（近于平衡冷却）和非平衡冷却。再细分，非平衡冷却又可分为恒速冷却、变速冷却和等温冷却。1平衡冷却平衡冷却的特征

15、是冷却的速度非常缓慢，这有利于显微组织的充分转变，这种冷却条件是不需要考虑时间因素对相变的影响。相图就是在这种冷却条件下得到数据绘制而成的。2恒速冷却恒速冷却在生产过程中是没有的，它的冷却速度是一个定值，恒定不变。恒速冷却是用于冷却转变动力学研究的一种冷却，即使在比较先进的实验室也不容易控制冷却的速度恒定不变。一般用尽量控制冷却速度的一段时间内冷却速度的平均值作为恒速冷却时的冷速。3变速冷却变速冷却是碳钢在热处理中一种常见的冷却条件，这种冷却的速率是时时发生变化的，它随温度的不同而发生变化。即使在同一个工件中，冷却速率也会应为位置的不同而不一样。4等温冷却等温冷却的特征是温度不随时间变化，将奥

16、氏体化后的工件加入到等温炉中进行保温，在工件保温的过程中，内部显微组织会发生相变。这种冷却在实际生产中是有应用的，如等温淬火、等温退火等。等温冷却被广泛用于转变动力学的研究。二、冷却速度对中强度普通碳钢孕育期的影响（一）冷却速度与孕育期关系的规律在TTT图中，纵坐标和转变开始线之间的区域称为孕育区，而这个区域的横坐标的长度被称为孕育期。在这一区域内，过冷奥氏体是处于一种亚稳定状态，但内部组织并未发生晶相间的转变。影响孕育期长短的因素除了与碳钢内合金元素和奥氏体晶粒尺寸有关，还与冷却时的速度有关。经研究发现冷却速度的选取会对孕育期的长短产生影响。图135CrMo（400C等温）冷却速度与贝氏体转

17、变孕育期的关系Fig.l400Cisothermaltime,therelationshipbetweenthecoolingrateandtheincubationperiodofbainitetransformationof35CrMosteel4由图1可知，在冷却速度较小的阶段冷却速度对孕育期时间长短的影响较大，在冷却速度较大的阶段，随着冷却速度的增加，孕育期时间长短变化不大。4i（1104080120160冷却速度/CCL）图235MnNiCrMo（400C等温）冷却速度与贝氏体转变孕育期的关系Fig.2400Cisothermaltime,therelationshipbetween

18、thecoolingrateandincubationperiodofbainitetransformationof35MnNiCrMosteel4由图2可知，当冷却速度较小时，转变孕育期时间长短的增加的较快，当冷却速度增加到一定程度（60Cs-1）后孕育期几乎为一定值，变化不大。图335CrNi3MoV（400C等温）冷却速度与贝氏体转变孕育期的关系Fig.3400Cisothermaltime,therelationshipbetweenthecoolingrateandtheincubationperiodofbainitetransformationof35CrNi3MoVsteel4

19、由图3可知，当冷却速度较小时对孕育期的影响也是比较显著的。逐渐增大冷却速度到40Cs-i以后，孕育期也几乎是一个水平直线，没有什么大的起伏变化。冷却速度家）图4W18Cr4V（700C等温）不同奥氏体化温度下的冷却速度与孕育期的关系Fig.4700Cisothermaltime,therelationshipbetweentherateandincubationperiodofW18Cr4Vsteelunderdifferentaustenitetemperature4由图4可知，钢即使在不同奥氏体温度下的冷却速度与孕育期的关系也大致相近，在冷却速度小时对孕育期的影响都是很明显的，冷却速度较大

20、时影响就会变小且平缓。综上，当冷却速度较小时对孕育期的影响较大,孕育期的变化速度迅速，当冷却速度变大时对孕育期的影响就会变得小且平缓，趋向于某一个值。从14图中可以看出，冷却速度对孕育期的影响曲线都会有一个峰值。上升阶段，由于VC越小，相变前的预备过程就越充分，从而孕育期越短。奥氏体的不稳定性随着VC的增大而增加，但也使奥氏体点阵的刚性增大，阻碍了碳原子的扩散，又使得孕育期变长，综合以上因素，孕育期是增大的；下降阶段，随着VC的增加，在高温区保持时间缩短，奥氏体的均匀化程度会降低,为珠光体的形核与长大提供有利的条件。还有就是过冷度随着VC的增加而增大，这为奥氏体的相变提供了动力，所以表现为孕育

21、期的变短。中强度普通碳钢的过冷奥氏体的孕育期与冷却速度的关系同样遵循上述规律。只是峰值出现的位置和孕育期的长短有所差异。（二）、孕育期与显微组织的关系孕育期保证了奥氏体过冷的可能性，如碳钢的孕育期在500600C这个温度区间是最短的,且奥氏体向珠光体的转变速度也是非常的快。如果控制温度低于或高于这个温度区间，碳钢的孕育期就会相应地增加，相变的速度也会变慢。因此，了解冷却速度对碳钢孕育期的影响可以得到最短孕育期，从而使显微组织更快的发生相变，而晶相转变的速度会最终影响碳钢内部显微组织的形态。钢件晶体组织形态的不同最终表现为性能的不同。三、常规冷却速度对中强度普通碳钢显微组织的影响一）冷却速度对晶

22、粒度和晶粒数的影响1.冷却速度对晶粒度的影响晶粒大小的尺寸称为晶粒度。表示晶粒度大小的方法有计算晶体的平均面积和晶体的平均直径，计算所得到的晶粒度越大，说明晶体越细小，也就越好。改变晶粒度的大小是强化钢件的重要热处理手段之一，而冷却速度对晶粒度有很大的影响。因此研究冷却速度对晶粒度的影响是很有必要的。图5反映了Q235这种钢材的晶粒度与热变形工艺和冷却速度的关系。图中三条曲线的热变形工艺为a:总变形53%（相对变形21.9%、19.8%、24.8%）,b:总变形量53%（相对变形20.6%、24%、22%）,c:总变形量42%（相对变形16%、16.1%、17.7%）。我们可以从图5中看出，控

23、制冷却速度越大，Q235钢件的晶体越细。最小处达到了6.4um。由此变化的原因是冷却速度变大，过冷度也变大，晶体形核率和长大速度也随着变大。但晶体的长大速度增加的比较慢，所以晶体会变得细小。由上图还可以得出，并不是一味的增加冷却速度就可以最大程度的细化晶粒，b和c曲线在冷却速度大于15CS-1时晶体反而会变得粗一点。所以选择适当的冷却速度能够使晶体晶粒更加地细化，从而使晶体的总体质量得到改良。2.冷却速度对晶粒数的影响金属液冷却过程中，冷却速度的大小对形成晶体的晶粒数是有影响的。晶粒数的一般方程为：N=pcLmpCR/(T-T)mL_(T-T)dtxdtLVLm(1)C：金属的比热p：金属的密

24、度Lm:融化潜热Tm：熔点V:体积R:冷却速度当润湿因子为0.0025时，某金属液冷却过程中单位体积的晶粒数N与R之间的关系曲线：1.8X10J：k6XI01.4X101,2X10*lx1018XIQJ6X10-4X1化2：X10*-00.20.40,60.81.0冷却速度图6某金属在f(e)=0.0025时N与R的关系曲线Fig.6Amtalin耳0)=0.0025NandRcurve6由图6看出，单位体积晶粒数与冷却速度接近正比线性的关系，单位体积晶粒数随着冷却速度的减小而减少。这验证了上边提到的晶粒度与冷却速度的关系是正确的。（二）冷却速度对晶体相变影响的特点在对碳钢进行冷却处理时，冷却

25、速度的大小会影响晶体的相变。在冷却速度较慢的情况下，先共析铁素体与共析相变分别在不同的的温区进行。当冷却速度较大时，独立转变就不存在了，先共析铁素体相变是不能够转变彻底的，而与发生的共析转变重合发生。例如，35钢丝通过加热、保温和冷却时得到的热膨胀曲线。11和先共22图Fig.7irether5段比较接近图7中c曲线冷却体现在曲线上为三次日在箭头5所指示处，结的转变，第二个转变为共析转变平衡冷却）的条件下，随着冷却速度远离平衡冷却条件，晶体的相变发生点向着低温区移动，并且冷去却曲线上的敏锐转折变为圆润的曲线。而且，转折的次数变为了两次:，也就是说仅发生了一次相变，此时无贝氏体或马氏体相变发生。

26、所以冷却速度较大时，为先共析铁素体及共析相变，但共析铁素体的相变是不能够进行彻底的，并与共析转变重叠发生。（三）不同冷却速度下的金相组织转折。第一束于箭头4所共析，在冷却的过程中，晶体发生了两次转变,变发生在箭头3所指示处，第二个相变的开始仏。由Fe-C相图可判断,第一个相变为Y-Fea-Fe。所以，在缓慢的冷却（近区间发生的。Y-Fea-Fe+Fe先共析铁素体是在1.冷却速度对铁素体组织的影响在对碳钢进行冷却处理时，冷却速度的大小将影响铁素体的组织形态。35钢在不同冷却速度的影响下铁素体会以不同的形貌分布在基体上，有的是分布在珠光体集体上，有的则是分布于原奥氏体晶界上。inc)50DC/s却

27、al15DC/min冷却b)10DC/s却图835号钢在不同冷却速度下模拟处理后的金相组织Fig.835Steelunderdifferentcoolingrateafterthetreatmentofmicrostruturesimulation7在图8中，白色区域组织为铁素体组织，黑色区域组织为珠光体组织。当冷却速度为15C/min时，铁素体组织呈现无序的状态分布于珠光体组织上。当冷却速度增大后，铁素体不在以无规则的块状存在，而是变为“针尖”状或无规则的小块状。我们看到的“针尖”并不是真的针尖状，其实是片状铁素体横切面的样貌。这类铁素体主要分布于原奥氏体晶体交界处，冷却速度越大，片状铁素体

28、就越薄，“针尖”也就越多，越尖锐。当研究“针尖”铁素体时发现，这类铁素体是在过冷度足够大时，首先在奥氏体的晶界处形核并通过碳原子的扩散而长大，长大后的最初的铁素体为无规则的薄片状。然后原子以扩散的方式向奥氏体晶体内蔓延，使得晶体变成大而厚的无规则块状。在钢材连续加热时，变形珠光体及铁素体发生逆共析转变，生成奥氏体时碳原子扩散不够充分，就造成了奥氏体成分的不均匀性。与原铁素体相接触的区域没有得到充分的渗碳，含碳量低。原渗碳体内的碳分子没有充分的扩散出去，此区域含碳量就高。铁素体易于形成在贫碳区，在晶体长大的过程中，奥氏体内的低碳区形成铁素体，并向沿着奥氏体晶内的方向延伸。形成的铁素体呈现薄片状，

29、从侧面看就看到了我们所说的“针尖”形貌。实际上，低碳奥氏体如果呈薄片状也可能直接就形成薄片状先析铁素体形核，这种形成于奥氏体晶粒内的薄片状形核逐渐长大，并向晶界处延伸生长，最终会与晶界处的铁素体相接。通过这种方式形成的薄片状铁素体，其横截面的形貌也呈现为“针尖”状。缓慢冷却时，钢件将会更长时间的停留在高温区，这就为碳原子的扩散提供了足够的时间。先期形成的“针尖”铁素体雏形，在充分的扩散条件下变得粗大，针尖也相互融合，很多变成了块状的铁素体。原来机体中那些零散分布的小块铁素体也会长大。2.冷却速度对贝氏体的影响贝氏体的转变为非平衡相变，它具有过渡性特征。在冷却过程的孕育期，碳在奥氏体内重新分布。

30、因为碳原子分布的不均匀性，在奥氏体内将会出现贫碳区。贫碳区的存在有利于铁素体的形核，长大的铁素体是贝氏体转变的领先相。在冷却速度大于某个值时，铁素体的含量会快速的降低，此时形成针状贝氏体，有时在高位错密度的地方也能形成贝氏II体。随着冷却速度的增加，依次形成的贝氏体为粒状贝氏体、上贝氏体和下贝氏体。冷却速度相对较小时，形成的上贝氏体形核于奥氏体晶界处，当冷却速度较大时，形成的下贝氏体一般形核于奥氏体晶体内，这与马氏体形核非常接近。（四）淬火条件下的碳钢显微组织1.淬火介质的选取淬火是中强度普通碳钢热处理工艺中最重要的工序，目的是获得需要的马氏体或下贝氏体。通过淬火可以提高钢的硬度、强度和耐磨性

31、、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。根据所需钢材的力学性能不同，对淬火时冷却速度的要求也就不同。生产中常见的淬火介质有水、无机物水溶液、淬火油、熔盐、熔碱和新型有机聚合物淬火剂8。水介质的冷却能力非常强，且来源广、价格低、成分稳定不易变质。由于水冷却速度太大，常使钢件因为内应力过大而开裂和变形，但水用于碳含量不高的钢件的淬火效果不错。无机物水溶液介质为水添加了无机盐，这能提高淬火过程中的均匀性，减小内应力，从而减少钢件的开裂和变形。淬火油类的冷却能力不如前两种介质，但是它能很大程度降低工件的变形，适用于形状复杂、壁薄和淬透性好的工件。熔盐、熔碱的冷却特点是能在低温区

32、冷却速度慢，高温区冷却速度快，这类淬火介质适用于形状复杂的工件。新型淬火介质材料有机聚合物的冷却能力具有很大的灵活性，它通过自己的密度来控制冷却能力。所以，在对钢件进行淬火处理时，我们可以根据钢件的要求和淬火介质的能力来选择适合的淬火介质。2淬火冷却速度对碳钢性能的影响碳钢的淬火可以显著提高碳钢的强度和硬度，不过冷却速度的不同对钢强度和硬度的提升程度不同。按照冷却速度由快到慢的顺序，把冷却速度划分为对应钢件硬度很高、硬度比较高、硬度比较低和硬度很低四个区8。淬火拎却速度 图9按淬火速度的大小将淬火曲线分为四个区Fig.9Divisionoftheendquenchingcurveaccordi

33、ngtocooingrate8图9中的I区称为快速冷速区，此淬火区的钢硬度高，但因内应力分布不均匀性较大而容易淬裂和变形。II区称为适度冷速区，此淬火区的钢硬度比较高，而且几乎不会出现淬裂的情况，变形也小。III区称为不足冷速区，此淬火区的钢硬度不足且硬度大小不均，钢材的形变量也比较大。W区称为过慢冷速区，此淬火区的钢没有被完全地淬硬，钢材的形变量较小。3.淬火冷却速度对晶体组织的影响马氏体的形态通常为片状或板条状，下图为碳钢淬火后的马氏体图像rK,Fig.10Carbonsteelbymartensitemicrostructureappearance9淬火时，碳钢奥氏体的温度以大于临界速度

34、降到MS点以下，母相奥氏体开始变得不稳定，晶体组织中会出现马氏体。马氏体为无扩散相变，新相不仅承袭了母相的原子序态和化学成分，而且继承了母相中的晶体缺陷。随着冷却过程的进行，原奥氏体晶界上开始出现碳化物的析出，残余奥氏体的含碳量开始降低，由于碳的流失，残余奥氏体变得不稳定。残余奥氏体的分解是导致冲击韧性下降的主要原因。随着淬火冷却速度的减小，碳原子会从？相中析出，并与周围的铁原子形成碳化物。碳化物在原奥氏体晶界处聚集、粗化。（五）冷却速度过快带来的负面影响1魏氏体组织的生成当碳钢以过快的速度冷却时，在过冷奥氏体晶界上会有先析铁素体或渗碳体出现，这两种组织的晶体在晶界上以某个方向向着奥氏体晶内生

35、长，呈现三角形或羽毛的形貌，这种组织就是魏氏体。魏氏体往往在奥氏体粗大，然后以过快的冷去速度降温时更容易出现。魏氏体的存在能够显著降低塑性和冲击韧性。生成魏氏体的同时，在晶界上往往会有网状碳化物的形成这会加剧碳钢的脆性。2.阻止魏氏体生成的方法魏氏体的存在使钢材的塑性和冲击韧性显著降低，并严重影响碳钢的综合性能。生产中魏氏体大大降低了钢件的使用寿命，并给生产过程带来了安全隐患。可以说有百害而无一益，所以要尽量消除。对于容易出现魏氏体组织的钢一般采用控制锻制、降低终锻温度、控制锻轧之后的冷却速度或改进热处理工艺的方法，如采用细化晶粒的正火、退火、调质或锻造等方法消除如果出现的魏氏体组织较多，采用

36、以上方法不足以消除时，可采用二次正火的方法加以消除。四、超快冷却对中强度普通碳钢显微组织的影响（一）超快冷却对碳钢性能的影响与常规冷却速度不同，超快冷却以其短时、快速和准确控温的特点打破了以往冷却能力不足的制约，因此超快冷却受到了国内外广泛的关注。在钢的热处理工艺过程中常与缓冷技术结合使用。超快冷却技术的出现对于新型钢种的开发，产品性能的提高都有着很大的帮助。在对化学成分为：C=.5O%、Si=.3O9%、Mn=.6O%、p=0.015%、roS=0.005%的碳钢进行超快冷却处理后，发现碳钢性能有如下的规律900850800Fdw、懣嘲7507006506005505004509008508

37、00750700650600图I】实验钢的屈服强度和拉伸强度Fig.llYieldstrengthandtensilestrengthofspecimentsl0由图11可知，随着超快冷却后的温度的升高，材料的抗拉强度和屈服强度都呈减小的趋势。从曲线上可以看出当超快冷却后温度低于700C时，随着温度的升高，实验钢的强度降低迅速。当超快冷却后温度高于700C时，随着温度的升高，材料的强度呈线性降低,但降低幅度不大。再看看经过超快冷却的碳钢的硬度规律如何由图12的规律曲线可知，随着碳钢在进行超快冷却后的温度的升高，材料的硬度逐渐呈明显的降低趋势。总之，超快冷却能够提升碳钢的强度和冲击韧性。（二）超

38、快冷却对碳钢显微组织的影响钢材在高温轧制后保温，让奥氏体再结晶进行完全。如果采用慢冷，变形的奥氏体在冷却的过程中生长，发生相变后得到的铁素体组织会比较粗大，得到的珠光体片层加厚，这样的组织力学性能较低。碳钢在超快冷却时，对于显微组织产生了很大了影响。因为冷却速度超快，抑制了先共析铁素体生成的同时，并对网状分布产生了破坏。超快冷却还能使珠光体之间的片层距离减小。 iplWS藐/*丄柿十,*：软图13不同冷却工艺后温室组织扫描电镜照片Fig.l3；EsEMimagesafterdifferenttoolingprocessesatrOOmtemperature10图13中的a图表示未经超快冷却的室

39、温显微组织，bd图表示经过超快冷却的显微组织，并且冷却后的温度由b到d逐渐降低。图a显微组织由片层状的珠光体和沿晶界析出呈网状分布的黑色铁素体组成。bd图中，黑色网状的铁素体变得支离破碎，不再呈现网状结构，组织也逐渐减少。珠光体组织片层之间的距离减小而且变得致密，这对材料性能的改变影响很大。超快冷却速度能够抑制碳钢晶体组织晶界处部分先析铁素体的析出与长大，只有少量的先析铁素体在晶界处形核，大部分的铁素体被固溶后随奥氏体转变成珠光体，珠光体的片层间距很小，打破了铁素体呈网状分布的格局。如果在相变之后仍然保持超快速冷却，那么就可以对碳化物的弥散析出起阻碍作用，达到固溶强化的目的和细晶强化的作用。结论随着科学技术和生产力的发展，由中强度普通碳钢材料加工成的机械零件应用在兵工、汽车、纺织、宇航等行业和数控机床及仪器仪表等设备中的数量也增多了。这些零件很多都被用在一些恶劣的工作条件下，因此对材料性能的要求也提升了，而冷却速度的控制对碳钢最终的性能至关重要。所以研究冷却速度对中强度普通碳钢对显微组织的影响很有必要。本文从几不同的个方面讨论了冷却速度对中强度普通碳钢显微组织产生的影响。通过对孕育期和冷却过程中组织的变化，可以发现，如果想要提高碳钢的强度和硬度一味的提高冷却过程中的冷却速度是不可