过时效
时效温度超过正常时效温度
过时效是指当时效温度超过正常时效温度,也就是达到峰值硬度时的温度及时间,此时,材料内部的析出相开始长大,间距变大,宏观表现为材料的强度降低,塑韧性有所提高。
定义
过时效是指当时效温度超过正常时效温度,也就是达到峰值硬度时的温度及时间,此时,材料内部的析出相开始长大,间距变大,宏观表现为材料的强度降低,塑韧性有所提高。
铝合金强化
时效温度和时间的选择取决于对合金性能的要求、合金的特性、固溶体的过饱和程度以及铸造方法等。人工时效可分为三类 : 不完全人工时效 , 完全人工时效和过时效。不完全人工时效是采用比较低的时效温度或较短的保温时间 , 获得优良的综合力学性能 , 即获得比较高的强度 , 良好的塑性和韧性 , 但耐腐蚀性能可能比较低。完全人工时效是采用较高的时效温度和较长的保温时间 , 获得最大的硬度和最高的抗拉强度 , 但伸长率较低。 过时效是在更高的温度下进行 , 这时合金保持较高的强度 , 同时塑性有所提高 , 主要是为了得到好的抗应力腐蚀性能。为了得到稳定的组织和几何尺寸 , 时效应该在更高的温度下进行。过时效根据使用要求通常也分为稳定化处理和软化处理。
双相钢强化
双相钢的组织主要由铁素体和马氏体组成,其强度与马氏体量成正比,具有屈服强度低、抗拉强度高、加工硬化能力强、总伸长率和均匀伸长率大、易冲压成形、良好的塑性和韧性匹配等诸多优点,从而成为现代汽车用钢板的重要组成部分。
冷轧双相钢通常利用连续退火机组生产,退火参数对其最终组织形貌和力学性能具有重要影响。快速冷却后组织特点决定了过时效温度的选取,这是双相钢中马氏体进行回火、综合提升力学性能的关键环节。不同过时效温度会对铁素体中固溶碳含量、马氏体分解程度、位错密度等产生不同的影响。因此, 研究过时效温度对双相钢组织性能影响,制定合理退火工艺有着重要的意义。
工艺方案
采用真空炉冶炼得钢锭,将锭坯锻成厚45mm的热轧坯,其在1200℃保温2h 后,在二辊轧机上进行热轧, 得到厚度为4 mm 的冷轧坯。冷轧坯经酸洗后轧成1mm 厚的薄板。在冷轧薄板上沿轧向取200mm×50mm 的矩形板料,作为模拟退火的标准试样。在盐浴炉中模拟连续退火试验,盐浴炉分为高温炉和低温炉,高温炉用来模拟两相区加热,低温炉用来模拟过时效处理。
鉴于盐浴试验的冷速不能精确控制,本试验缓冷段均采用空冷,通过对比不同缓冷时间来控制缓冷工艺;快冷段采用水喷快冷到室温,然后放进低温盐浴炉进行过时效处理。
连续退火工艺步骤为:加热到780℃保温145s,缓冷至700℃后快冷,从室温到500℃以不同的温度过时效处理,保温395s,随后空冷。退火后的钢板截取标准拉伸试样,在MTS810试验机上测定力学性能。取10mm×12mm 试样,进行扫描电镜观察,应用EBSD测定晶粒的取向差。
温度的影响
可以看出,退火后的双相钢由铁素体与马氏体组成, 细小的岛状马氏体弥散分布在多边形铁素体基体上。在低温段(室温~275℃)过时效时,双相钢抗拉强度基本保持不变, 对比未过时效处理的试样组织可发现, 在此温度区间过时效处理的铁素体和马氏体两相变化不大, 硬相马氏体岛变化很小且浮突效应较明显,具有清晰的亮白边圈。在该阶段只发生不均匀位错的重新排列和碳氮原子的偏聚,故而对双相钢抗拉强度影响不大。在275~500℃温度段,抗拉强度呈下降趋势, 分析认为是由于铁素体的析出净化和马氏体的软化分解。随着过时效温度的升高, 马氏体表面结构变得模糊,呈现纤维状结构,同时碳化物颗粒在晶界处析出并长大阻碍了位错的运动, 使马氏体基体强度下降,抗拉强度降低。而屈服强度在350℃之前呈稳定的整体呈上升趋势, 并在350℃时达到峰值,350℃以后,屈服强度有所下降。实验表明,试样在300℃以后过时效, 均产生了屈服效应。用EBSD 对不同时效段双相钢显微结构进行分析。
通过室温和300℃过时效条件下的晶界取向,其中粗线条为大角度晶界,浅线条为小角度晶界。可以看出,室温时小角度晶界很多,而随过时效温度升高,小角度晶界显著减少,大角度晶界增多。在300℃过时效时,组织内部小角度晶界已基本消失。
在室温至350℃过时效,屈服强度呈上升趋势。这是由于材料形变时产生了大量的位错容易通过的小角度晶界,所以低温阶段的屈服强度较低。随过时效温度升高,小角晶界发生迁移合并,导致大角晶界增多,而大角晶界对位错的迁移有一定的阻止作用;同时分解的岛状马氏体、弥散分布在铁素体基体上,加剧了晶格畸变;回火过程中析出的细小碳化物钉扎了位错。综合上述三方面阐述,解释了此过时效温度段的屈服强度增加的现象。高于350℃过时效,出现屈服平台,屈服强度下降,主要是因为马氏体在高温回火下进一步发生了变化。在415℃过时效时,马氏体岛内结构发生变化,同时出现很多细小的碳化物颗粒;465℃过时效时,马氏体发生了明显的回复和再结晶,晶界更加清晰,且晶内的长程应力减少,故而双相钢屈服强度呈下降趋势。
钢在过时效温度超过350℃时, 在单向拉伸实验中产生了屈服平台现象。屈服平台形成的原因可以归结为在变形的过程中, 材料的加工硬化和加工软化相抵消。材料变形时由于位错的塞积会发生加工硬化, 而加工软化可能是由于柯氏气团造成的应力集中产生的, 也可能是由于相变的应力松弛机制产生的。而该钢种在高温回火后产生屈服平台, 认为主要由两方面的原因组成:一是铁素体的回复再结晶,降低了其内部的位错密度,同时也降低了可动位错的数量;其次主要是由于马氏体在高温下,内部析出了细小的渗碳体。其为415℃过时效的析出物形貌和能谱图, 可见渗碳体钉扎住了其内部的可动位错, 造成了后续成形过程中的可动位错大幅度减少,从而出现了屈服现象。
总结
(1) 在过时效低温段,双相钢抗拉强度呈平缓趋势,屈服强度呈上升趋势。
(2) 随着过时效温度升高,马氏体发生分解使双相钢抗拉强度和屈服强度都呈下降趋势。
(3) 最佳过时效温度以200~300℃为宜。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:13
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