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不锈钢金属原子结晶的概念

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-10  浏览次数:17 选择视力保护色:

[摘要]轴承信息港媒体报道:不锈钢在铸造状态下的组织直接影响到铸件的使用性能,对于铸锭来说,铸态组织影响其压力加工性能,也影响到经

 轴承信息港媒体报道:不锈钢在铸造状态下的组织直接影响到铸件的使用性能,对于铸锭来说,铸态组织影响其压力加工性能,也影响到经过锻压加工以后的成品的组织和性能。铸锭组织的主要特征及其影响因素如果将一个不锈钢铸锭沿纵向及横向剖开并加以浸蚀.在铸锭的剖面上存在着具有不同特征的三个层.表面细晶粒层这是由于液体不锈钢刚刚注入锭模时,模壁温度较低,表面层的不锈钢液体遭到剧烈的冷却,因而在较大的过冷度之下结晶,得到了细晶粒组织.
  
  .柱状晶层在表面细晶粒层形成以后,紧接着足一层柱状晶,每个晶粒都具有伸长的柱形,其轴心方向都垂直于锭模壁.当这一层结晶时,其外层已有了一个热的外壳,锭模温度也已升高,因此不可能达到如同表面层那样大的过冷度,同时,由于液体不锈钢的热量都靠模壁传出,在垂直于模壁的方向上存在着内高外低的温度坡度。这时只有紧靠着已结晶区的一个薄层的液体不锈钢是处于过冷状态的,在这个过冷度不大的薄层液体不锈钢中,成核率相对地较低,而已凝固层的晶体却有一定的生长速度,生长方向与散热方向相反,也垂直于模壁.(那些在与模壁不垂直的方向上生长的树枝晶轴,将被垂直生长的晶轴所阻拦.)在这层液体不锈钢中来不及生成晶核即已被从外层生长进来的晶体所代替。结果造成外层已有晶核的定向生长,形成了柱状晶层。
  
  如果在铸锭凝固过程中在液体不锈钢内始终维持较大的内外温差,那么,柱状晶可以一直长大到铸锭中心,直到相对生长的两排柱状晶相遇为止。这种情况称为穿晶。中心等轴晶区  在一般情况下,结晶进行到愈接近铸锭中心,大口径不锈钢管液相内部的内外温度差就愈小.因此时锭模已被加热至较高的温度,铸锭四周已凝固的部分对剩下的液相来说也是一个高温的外壳,再加上结晶潜热的放出,这都使剩下的液相散热减慢,使液相内部温度趋于均匀.由于液相内部温度渐趋于均匀,因此,铸锭中心部分的液相几乎是同时进入过冷状态的,与柱状晶层的情况不同,这部分过冷的液相已不是一个薄层而是一个比较大的体积,这使得在外面的柱状晶尚未生长到铸锭中心之前,在液相中已形成新的晶核,这些晶核的长大阻止了柱状晶的继续生长,因而在铸锭的中心部分形成了等轴的晶粒,因中心部分冷却慢,过冷度较小,因此晶粒也较粗大。
  
  轴承信息港媒体报道:物质从液体状态转变为晶体状态的过程称为结晶。从物质的内部结构(指内部原子排列情况)来看,结晶就是从原子不规则排列状态(液态)过渡到规则排列状态(晶体状态)的过程。实际上,粮据近代实验结果可证明,液体状态下原子的排列并非完全没有规则,而是存在着所谓近程有序,即在许多微观的小体积内可以存在着规则排列。但这些大口径不锈钢管微观范围的规则排列是不稳定的,每一个规则排列的原子集团只在一瞬间产生,接着就消失。但对整个宏观体积的液体不锈钢来说,在每一瞬间都存在着许多近程有序的原子集团。
  
  对于每种不锈钢,存在着一定的平衡结晶温度,当液态不锈钢冷却到低于这一温度时即开始结晶.这种情况已是大家所熟悉的,就如水冷却到0℃以下就要结冰一样,在平衡结晶温度下,液态不锈钢与其晶体处于平衡状态,这时液体中的原子结晶到晶体上的速度与晶体上的原子熔入液体中的速度相等,从宏观的范围看,这时大口径不锈钢管既不结晶也不熔化,晶体与液体处于平衡状态,只有冷却到低于平衡结晶温度才能有效地进行结晶。实际结晶温度总是低于平衡结晶温度的,两者之差称为过冷度(n).过冷度的大小与冷却速度有关,冷却愈快,过冷度愈大.只有液滴大小的小体积液体不锈钢可能达到很大的过冷度,但对大体积的液体(铸锭)结晶时过冷度一般很小(通常只有凡度或更小).
  
  不锈钢的结晶温度可以用热分析法测定,热分析的大概的过程如下:先将不锈钢熔化并使温度尽可能均匀,然后以板缓慢的速度冷却,同时,记录下温度随时间而变化的曲线.当不锈钢开始结晶时,由于放出结晶潜热,在冷却曲线上就出现一段水平线.(温度不变),这段水平线所对应的温度就是实际结晶温度(用L表示)。当散热速度无限慢时,实际结晶温度可以与平衡结晶温度趋于一致。之差几乎趋于零.当散热加快时,实际结晶温度下降,即过冷度增大.
  
  当温度更低时,碳在奥氏体中的扩散速度迅速地降低,但在a4相中的扩散仍l嚣可以进行因而在转变的同时碳大部分就会在a相内沉淀析出,形成一种六角品格的碳化物,温度越低形成碳化物的颗粒愈多、愈细,在这样低的温度下,由于碳不可能全部析出,因此班相中过饱和了一部分碳,温度愈低过饱和的碳分也就愈多,这样形成的就是下贝氏体。由于贝氏体中碳化物的滁散度很大,又较均匀,所以一般硬度较高,而上贝氏体虽然有一定硬度但塑性比之同温度转变的屈氏体差,再则转变不完全的部分奥氏体在冷却过程中变成马氏体时,使钢的塑性更加降低,因此等温淬火时尽量不采用上贝氏体.度区,而下贝氏体由于组织中的碳化物猕散度大,又均匀,再加它又过饱和部分碳量,因此保持了高硬度又具有一定塑性,这就是当前大量选用的等温淬火工艺的依据.
  
  影响贝氏体大口径不锈钢管形成的因素:目前对于贝氏体转变的影响因素,有些研究结果很不一致,这说明贝氏体相变的复杂性以及对贝氏体转变的动力学还了解很少,下面我们筒略讨论热处理工艺过程中碰到的几种影响因素:奥氏体晶粒大小及奥氏体化温度的影响
  
  轴承信息港媒体报道:奥氏体的晶粒大小对贝氏体形成速度的影响很小,一般来讲,随着奥氏体晶粒的增大,贝氏体转变的孕育期增加,转变速度减慢.例如实验用钢为40Cr,在1200℃加热,奥氏体晶粒度为4-5级,1100℃加热;奥氏体晶粒度为6-7级;lOcl0℃加热奥氏体晶粒度为7-8级;900℃加热未能测出,然后各试样均在900℃保温15分钟后于450℃和350℃等温.实验说明,当奥氏体化温度增高时,即奥氏体晶粒长大且更趋均匀化时形成一定数量的贝氏体所需转变时间增多,这也说明贝氏体的形成符合一般相变规律,晶核优先在晶界处形成.提高奥氏体大口径不锈钢管温度一般使贝氏体转变速度减慢,这显然是均匀化减少了低碳区域的结果。但是奥氏体化温度对贝氏体转变的影响,不能单独用奥氏体的晶粒度及奥氏体的均匀程度来解释,例如40Cr钢加热到1100℃之上随后进行等温处理,发现贝氏体的形成速度又加快了.同时在奥氏体状态冷却的停顿,也会影响贝氏体的形成速度,一般可以延长贝氏体的形成时间.

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