带状组织教学教案.doc

带状组织 一、带状组织定义 若钢在铸态下存在严重的偏析和夹杂物，或热变形加工温度低，则在热加工后钢中常出现沿变形方向呈带状或层状分布的显微组织，称为带状组织。 低碳合金钢中的带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[6]。 二、带状组织的形成机理 由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带(实质上是条)和贫化带彼此交替堆叠，在缓冷条件下，先在碳及合金元素贫化带(过冷奥氏体稳定性较低)析出先共析铁素体，将多余的碳排入两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带；而碳及合金元素富化带(过冷奥氏体稳定性较高)，在其后形成以珠光体为主的带，因而形成了以铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此交替的带状组织。成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重。 由于带状组织相邻带的显微组织不同，它们的性能也不相同，在外力作用下性能低的带易暴露出来，而且强弱带之间会产生应力集中，因而造成了总体力学性能降低，并具有明显的各向异性。 三、带状组织的形成条件 带状组织分为一次带状组织，和二次带状组织。一次带状组织由钢锭浇铸时树枝状偏析造成，二次带状组织由轧制或锻造过程中产生的。 形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因： a．由成分偏析引起的带状组织。即当钢中含有磷等有害杂质，压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3以下时，这些杂质就成为铁素体的核心使铁素体形态呈带状分布，随后珠光体也呈带状分布。这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。 b．由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可以通过正火或退火的方法加以消除。 四、带状组织对金属基体性能的影响 带状组织的存在使钢的组织不均匀，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向，并影响钢材性能，形成各向异性，特别是横向塑性和韧性明显降低，使材料的加工性能恶化。降低钢的塑性、冲击韧性、可切削性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高、热处理时钢材容易变形等不良后果，还会增大氢致开裂倾向[1]，压力加工时易于从交界处开裂。 由于带状组织部位与基体硬度的差别，在拉伸或扭转加工变形时会产生应力集中，以致在带状组织与基体交界处生成裂纹，从而造成拉拔或捻股断裂。这就是带状组织对盘条的拉拔性能和扭转加工造成不利影响的原因。 1、带状组织对于原材料而言，主要表现为材料的各向异性，通常纵向强度高于横向强度； 2、对于需要后续热处理的零件，带状组织轻则会导致热变形过大，重者会造成应力集中，甚至出现裂纹。这是因为，零件在奥氏体化过程中，高碳的区域容易奥氏体化，而贫碳的区域则需要更高的奥氏体化温度，从GS线的成份温度变化可以看出其规律（比如在0.0218成分点和0.77成分点，其AC3温度相差多大），带状组织的主要危害在于组织遗传和应力集中。 带状组织的存在使钢的塑性大大下降。带状组织降低钢带塑性的机制可以认为是在拉伸变形过程中，当应力超过钢带的屈服极限时，铁素体条带首先发生塑性变形，滑移系与外力成45°的位错源首先开动，导致沿45°方向滑移。但与铁素体平行相问分布的珠光体或索氏体条带起强化作用，致使铁素体滑移系的位错运动受阻。随着外力的加大，在两个条带之间产生不均匀变形，同时在条带问界的应力集中处萌生裂纹，使钢带的塑性下降[5]。 分析结果表明，要消除低碳锰钢冷轧板的带状组织，必须从钢的冶炼浇注环节人手。可采取控制钢水的过热度，加大电磁搅拌等措施，以减轻铸坯的中心偏析缺陷[5]。 （1）对冲击韧性的影响 （2）对延伸性能的影响 （3）对冷镦性能的影响 （4）对硬度的影响 五、影响带状组织的因素 影响带状组织的因素很多，但是带状程度主要取决于合金元素的枝晶偏析、冷却速度（连续冷却）、奥氏体晶粒大小，一般认为，锰的偏析是钢中产生带状组织的主要原因[1]。 （1）一次带状组织的影响因素 铸坯在凝固过程中存在固相区、固液两相区、液相区3个区域，铸坯凝固过程中成分偏析发生在固液两相区，在两相区内进行着形核和晶核的长大过程，铸坯的凝固就是两相区由固相区向液相区不断推进的过程，两相区的宽度主要取决于钢液的结晶温度范围和凝固前沿熔体中的温度梯度；两相区宽说明冷却强度小，固液界面温度梯度小，凝固速度慢，选分结晶进行的比较充分，成分偏析较严重，尤其是晶间偏析可能发展；相反，如果两相区宽度窄，说明冷却强度大，固液界面温度梯度大，凝固速度快，选分结晶进行不充分，碳及其它合金元素来不及扩散就已经凝固，铸坯中的成分不均匀性将得到