雙相鋼溫拉伸試驗及微觀(guān)組織研究3.1試驗材料
本文中的溫單拉試驗和盒形件溫拉深試驗所用材料均為寶鋼生產(chǎn)的DP590/B340雙相鋼,是抗拉強度為590MPa級先進(jìn)高強度鋼,主要應用在汽車(chē)和航空領(lǐng)域。其化學(xué)成分如表所示。DP590雙相鋼的基本力學(xué)性能參數如表所示。雙相鋼的綜合力學(xué)性能主要取決于馬氏體在鐵索體中的位置、馬氏體體積分數、晶粒大小、馬氏體相的形貌與分布。原始微觀(guān)組織如圖所示。從圖可以看出,雙相鋼原始組織主要是在鐵素體基體上均勻分布一定量的馬氏體,鐵素體在光鏡中呈白色,基本為等軸狀,馬氏體為深灰色,分布在鐵素體的晶界上.在圖上,在掃描電鏡下鐵素體呈深色,晶粒尺寸約為6-8pm;在掃描電鏡下馬氏體呈亮白色,一般為板條狀(一般當鋼的含碳量小于0.3%時(shí),鋼的馬氏體形態(tài)幾乎全為板條馬氏體),長(cháng)度約在1~3微米.
一、溫單拉試樣及設備
1. 溫單拉試樣
參照國家標準金屬材料高溫拉伸試驗方法,雙相鋼板沿縱向取樣,形狀及尺寸采用統一的標準,其中標距長(cháng)度為36mm,試樣的變形寬度為9mm,厚度為1mm。雙相鋼板拉伸試樣形狀和尺寸如圖所示,雙相鋼板試樣實(shí)物圖如圖所示。利用數控線(xiàn)切割將板料按照圖的形狀和尺寸切割,試樣切割完后用丙酮清潔表面油漬,然后用于溫單拉試驗。
2. 溫單拉試驗設備
浙江至德鋼業(yè)有限公司利用CMT5205微機控制電子萬(wàn)能試驗機進(jìn)行拉伸試驗。CMT5205試驗機主要應用于金屬、非金屬及復合材料的拉伸、壓縮、彎曲,也可以增配相應附件完成剪切、剝離、撕裂、松弛、蠕變、往復、保載等力學(xué)性能試驗。該萬(wàn)能試驗機附帶加熱爐,可對0~900℃的試樣進(jìn)行拉伸試驗。測量控制系統采用全數字化三閉環(huán)電路,具有變形速率、恒定試驗力、恒定變形、恒定速度控制功能及自動(dòng)調零、自動(dòng)標定功能,并具有全程分辨率不變特點(diǎn)。加熱采用三段式加熱,溫度誤差為±1℃。計算機可以實(shí)時(shí)顯示試驗力一位移、試驗力一時(shí)間、試驗力一變形、應力一應變等曲線(xiàn),并能自動(dòng)編輯,還可以對試驗曲線(xiàn)再分析。
3. 溫單拉試驗方案
對雙相鋼板試樣在不同變形溫度和應變速率下進(jìn)行單向拉伸試驗,試樣通過(guò)高溫夾具加緊后置于加熱爐內,加熱速度為5℃/s,加熱至預定溫度后保溫10min,然后在加熱爐內進(jìn)行拉伸試驗,拉伸用量程為25mm引伸計,切換點(diǎn)為0.3,拉伸后的試樣立即用水冷卻,以保留變形后的組織。溫拉伸前先將試驗參數輸入計算機,載荷、位移、溫度、速度等變形條件由計算機系統自動(dòng)控制,并采集載荷、位移等數據,然后通過(guò)計算得到真實(shí)應力和真實(shí)應變。雙相鋼板溫單拉工藝參數條件如表所示。為研究雙相鋼板在溫變形中微觀(guān)組織動(dòng)、靜態(tài)轉變過(guò)程,選用相對較低的拉伸速率和大范圍的溫度區間進(jìn)行拉伸試驗。
4. 試驗結果
對厚度為1.0mm的雙相鋼在同一變形速率不同變形溫度條件下進(jìn)行拉仲試驗,拉伸后低溫段(室溫~500℃)試樣如圖所示??梢钥闯?,從宏觀(guān)拉伸來(lái)看,在低溫段不同應變速率下,變化并不大,變形長(cháng)度均在8mm左右,變形溫度為500℃的試樣變形長(cháng)度稍長(cháng),達到11mm。從宏觀(guān)來(lái)看,斷口均為延性斷裂。斷裂可分為脆性斷裂和延性斷裂。延性斷裂是在較大的塑性變形之后發(fā)生的斷裂。它是由于裂紋的緩慢擴展而造成的,而這種裂紋擴展又起源于孔穴的形成和合并。從圖中可觀(guān)察到,雙相鋼拉伸試樣的斷口形式隨著(zhù)溫度的升高,有著(zhù)較大的變化。其溫度變化分為兩個(gè)部分:20℃~400℃和500℃。在200℃~400℃范圍內,試樣斷口大部分沿45℃方向斷裂,為典型的韌性斷裂,和常溫下的斷裂形式相同;而當變形溫度為500℃時(shí),試樣經(jīng)過(guò)較大的塑性變形后才發(fā)生斷裂,與20℃~400℃之間有明顯的區別。
同一溫度、不同變形速率下雙相鋼拉伸后的試樣如圖所示。由圖可以看出:
a. 在一定的變形速率下,試樣拉伸后的總長(cháng)度隨著(zhù)溫度的升高而增加,特別是在較高的溫度下(如700℃),這種趨勢更加明顯。因此可以認為材料的塑性隨著(zhù)變形溫度的增加而提高,變形抗力隨著(zhù)變形溫度的上升而減小。
b. 在一定的變形溫度下,試樣拉伸后的總長(cháng)度隨著(zhù)變形速率的降低而增加,特別是在較高的溫度條件下,這種現象更加明顯。因此可以認為,變形速率越大,塑性越差,而且隨著(zhù)溫度的升高,塑性對變形速率更加敏感。造成上述現象的原因是很復雜的,需要根據金相組織照片來(lái)進(jìn)行分析。
4. 金相試樣的制備
一般來(lái)說(shuō),要想觀(guān)察材料的微觀(guān)組織,尤其是細小的板材件,必須將這些板材件做成金相試樣,其優(yōu)點(diǎn)主要有兩點(diǎn):第一,方便拋光腐蝕。一般的材料觀(guān)察其微觀(guān)組織,必須做拋光腐蝕處理,直接線(xiàn)切割好的試樣太小,則在拋光腐蝕時(shí)不宣操作。而將試樣鑲嵌在圓柱狀鑲嵌料后,則方便拿捏,容易拋光腐蝕;第二,底面面積較大,平整光滑。若將直接線(xiàn)切割好的線(xiàn)切割試樣放在顯微鏡下,由于底面積較小,不易放穩,因此不宜觀(guān)察。但將試樣鑲嵌在圓柱狀鑲嵌料后,則底面積較大,在顯微鏡載物臺上能平穩放置。
金相鑲嵌式樣的主要制作方法如下:
a.切割試樣
首先選取要切割的試件取樣。取樣應選擇合適的、有代表性的試樣進(jìn)行金相顯微分析,同時(shí)也應在完好的別的部位取樣,以便對比。
b.磨制試樣
金相試樣的磨光目的主要有兩個(gè),一是使表面光滑平整,二是每道打磨工序必須除去前一道工序造成的變形層。
選用牌號為240#、320#、600tt、800#、1000#五種砂紙,按牌號的從小到大,沙粒從粗到細,依次對金相試樣進(jìn)行打磨。磨制試樣的最大注意點(diǎn)是一定要讓磨制平面平整,不能出現角度、坡度。磨制時(shí)將砂紙平鋪在平整桌面,稍用力將試樣向前推磨,用力均勻平穩,試樣退回時(shí)不能與砂紙接觸,將這樣的單程單向磨制反復進(jìn)行,直至磨面上舊的磨痕被去掉,新的磨痕均勻一致。在這要注意的是,在調換下一號更細的砂紙時(shí),應將試樣上磨屑和沙粒清除干凈,并轉動(dòng)900使新、舊磨痕垂直。
c. 試樣拋光
拋光的目的在于去除磨面上的細磨痕和形變擾動(dòng)層,以獲得光滑的鏡面。
將尼龍固定在拋光機的轉盤(pán)上,啟動(dòng)電源,待拋光盤(pán)轉速穩定后,將拋光液(拋光劑與水混合)滴注在轉盤(pán)中央,然后將試樣磨面均勻地壓在旋轉的拋光盤(pán)上.并沿盤(pán)的邊緣到中心不斷作徑向往復運動(dòng)。拋光完成標準為,其磨面應光亮無(wú)痕。拋光完成后將試樣用水沖洗干凈。
d.試樣浸蝕
經(jīng)拋光后的試樣若直接放在顯微鏡下觀(guān)察,其組織組成的反光能力差別大于10%者才能明顯區分開(kāi)來(lái),例如,鋼中的非金屬夾雜物、鑄鐵中的石墨等。否則只能看到一片亮光,無(wú)法辨別出各種組成物及其形態(tài)特征,必須使用浸蝕劑對試樣表面進(jìn)行處理,才能清楚地看到顯微組織的真實(shí)情況。低碳鋼較為常用的侵蝕劑為3%-40%的酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液,雙相鋼浸蝕選用前者。
浸蝕時(shí)將試樣磨面浸入浸蝕劑中,經(jīng)過(guò)多次檢驗,約10秒鐘即可,浸蝕到試樣磨面發(fā)暗,有凹凸感即可。如果浸蝕不足,可重復浸蝕。浸蝕完畢后,立即用清水沖洗,接著(zhù)用酒精沖洗,最后用吹風(fēng)機吹干。制成的試樣即可在顯微鏡下觀(guān)察。一旦侵蝕過(guò)度,試樣需要重新拋光,嚴重的需要重新用砂紙打磨,再拋光。
本文標簽:雙相鋼
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