热膨胀法测定钢的.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热膨胀法测定钢的连续冷却转变图,主讲教师,:,一、实验目的,1,了解热膨胀法测定,CCT,图的原理与方,法。,2,掌握用动态热力学模拟试验机测定钢,的连续冷却转变图的方法。,3,熟悉,Gleeble,1500,试验机的基本操作。,二、实验原理,钢的连续冷却转变图（,continuous cooling transformation diagram,，简称,CCT,图）是指过冷奥氏体在连续冷却条件下，转变开始温度和终了温度、转变开始时间和终了时间以及转变的组织、室温硬度与冷却速度之间关系的曲线图。,影响,CCT,的主要因素包括化学成分（,C,、,Mn,、,Si,、,Mo,、,Cr,、,Ni,和,V,等）、测定时的最高加热温度、测定时的加热速度和高温停留时间、应力应变状态以及原始组织。,CCT,图的测量方法常见的有热膨胀法、热分析法、金相法和磁性法。最常用的是热膨胀法，且常配合热分析法和金相法进行测定。热膨胀法测定钢的,CCT,图的原理如下：,同一种金属的不同组织如奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体等有不同的比容。故当高温奥氏体在连续冷却过程中发生相变时试件的长度（对于用,Gleeble,1500,动态热一力学模拟试验机测试,CCT,图时，长度是指圆柱体试样的直径）将发生变化，并符合下列关系：,式中 试样加热或冷却时全膨胀量。,相变体积效应引起的长度变化量。,温度变化引起的长度变化量。,(,为金属的热膨胀系数，,T,为温度变化量）。,当冷却过程中不发生相变时，因此，,即,L,随温度变化成线性变化。当冷却过程中发生相变时，因此，,L,偏离线性变化，反映在膨胀曲线上是发生转折，据此转折的切离点可以确定相变的开始温度。当相变结束时，因此，,L,随变化温度又成线性变化，从直线的开始点可以确定相变的终了温度。,用热模拟方法测,CCT,图时,用膨胀仪记录,L-t(,膨胀量时间）曲线，并记录,T,t,（温度时间）曲线（或称温度曲线），如,图,1,所示。再将上述曲线转化成,L-T,曲线，分析曲线的转折变化，即可确定相变点，如,图,2,所示。,由于,CCT,图显示了不同的冷却速度与高温组织转变、临界冷却时间、室温组织及其硬度之间的直接关系（如,图,3,所示），因此为材料热加工（如铸造、焊接、锻压、热处理等）的工艺制定甚至新钢种的成分设计提供了依据。具体体现在如下几个方面。,（,1,）从,CCT,图上可获得钢的各种临界冷却速度和时间（如获得,100,马氏体,M,的最小冷却速度和最长冷却时间，出现铁素体,F,的最大冷却速度和最短冷却时间，出现珠光体,P,的最大冷却速度和最短冷却时间，出现中间组织,Z,的最大冷却速度和最短冷却时间，以及马氏体完全消失的最大冷却速度和最短冷却时间）。根据上述数据可评定钢的抗裂纹尤其是热裂纹和冷裂纹的敏感性。,（,2,）根据,CCT,图可估计热加工钢件的组织和性能，分析钢件或者焊接热影响区的韧性。,（,3,）根据,CCT,图可合理制定正确的热加工如热处理、焊接和锻压的加工工艺规范尤其是冷却规范。,三、实验设备及材料,Gleeble,1500,动态热力学模拟试验机，,45,钢或,40Cr,钢试件。,四、实验方法,用动态热力学物理模拟试验机,Gleeble,1500,，采用膨胀法测定,CCT,图的方法是：用,Gleeble,1500,主机中的变压器对被测定试样（,3,1080,120mm,，在试验过程中其非夹持部分即自由跨度为,40,60mm,）通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定的加热速度加热到最高温度（对于一般热处理的,CCT,图，其最高加热温度为,A,c3,（,50,150,），加热升温时间为,120,300s,，保温时间为,180,300s,），保温一定时间后，控制冷却速度进行冷却（如淬火、空冷，一般通电加热冷却以及充,Ar,或,N,2,气配合通电加热冷却等）。由于试样两端由通水的冷却块夹持，冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在一,定的温度梯度，中间段温度高，但当试样足够长（,80,120mm,）时，热电偶检测的中间部位约有,8,18mm,长的均温区。加热、保温和冷却过程中用径向位移传感器测定均温区的径向位移（或称膨胀量），绘制温度时间、膨胀量时间以及膨胀量温度曲线如,图,4,所示，测定每种冷却速度下试样室温硬度，根据膨胀量温度曲线确定不同连续冷却过程中的相变点（曲线中的转折点），并根据各种冷却速度下的硬度值，绘制,CCT,图。,五、实验步骤,1,实验前仔细阅读并了解,Gleeble,1500,动态热,力学模拟试验机的基本结构与功能。,2,了解,Gleeble,1500,动态热力学模拟试验机的,基本操作。,3,每人领取一个试样，制定测试步骤，经实验指,导教师审核后，分别测定,45,钢和,40Cr,钢在某,冷却速度条件下的热膨胀量与温度之间的关,系，以及该冷却速度条件下试样的平均硬度。,4,其他同一大组的同学协助并观察正在实验的同,学进行实验。,5,若干大组数据共享，对实验数据进行整理。,六、实验报告要求,1,写出实验目的、内容和基本原理。,2,简述实验步骤。,3,收集本大组和其他大组的实验数据，分,别画出,45,钢和,40Cr,钢的一般热处理,CCT,图。,Thank You!,图,1,热模拟试验测定的温度曲线和膨胀曲线,图,2,曲线,图,3,碳钢（,0.46,C,）的过冷奥氏体连续冷却转变图,（,a,）模拟,45,钢一般热处理的温度,-,时间以及膨胀量,-,时间实测曲线,（,b,）模拟,45,钢一般热处理的膨胀量,-,温度实测曲线,图,4,模拟,45,钢一般热处理的温度,-,时间以及膨胀量,-,温度实测曲线,