[发明专利]热膨胀法测定低碳钢中碳在奥氏体完全溶解的温度的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料冶金技术领域，具体是一种热膨胀法测定低碳钢中碳在奥氏体中完全溶解的温度的方法。

背景技术

碳是低碳钢中最主要的元素之一，奥氏体化热处理是低碳钢最主要的一个热处理过程，其主要目的是将常温下的铁素体和渗碳体加热至共析温度以上，使其转变成奥氏体。而碳完全溶解至奥氏体中的温度往往高于其相转变温度。因此奥氏体化热处理温度的选择，必须考虑碳完全溶解至奥氏体的温度，为制定合理的热处理工艺提供理论依据。保证在冷却前碳已经完全溶解在奥氏体中。

本发明之前，碳在奥氏体中完全溶解温度的确定主要依靠显微组织观察结合硬度测试的方法，以及热力学计算，这两种方法中前一种方法只能定性分析，而后一种方法是一种理想条件下的热力学数据的分析，对于实际热处理钢件而言，理论计算与实际数据会存在偏差。

热膨胀是金属材料的一种物理性能，金属材料在加热过程中如果发生相变，其热膨胀系数会发生变化，热膨胀曲线就会发生改变，单一相的热膨胀曲线是一条直线，发生相变时热膨胀曲线将发生弯曲。热膨胀过程的分析还可以提供材料相变起始温度和相变终止温度，以及相变量。当碳完全融入奥氏体后，其相结构已经趋于相对稳定，则热膨胀系数也稳定下来，在热膨胀曲线上则显示为直线过程，直线段的起始点就是碳完全溶解入奥氏体的温度。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种测定低碳钢中碳在奥氏体完全溶解温度的简单有效的方法，该方法利用低碳钢的热膨胀特性，通过测量低碳钢加热过程中的热膨胀量，准确测定碳在奥氏体中完全溶解的温度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种热膨胀法测定低碳钢中碳在奥氏体完全溶解的温度的方法，所述低碳钢中碳含量小于等于0.2wt.％，其特征在于：利用加热过程中试样因为相变导致膨胀量变化的原理，确定碳在奥氏体中完全溶解的温度，具体步骤如下：

步骤(一)

将试样从室温以较低的加热速度匀速加热至1000℃，使热膨胀过程充分进行且相变过程均匀；同时，间隔相同时间测量试样直径方向的热膨胀量，并记录对应的温度；

步骤(二)

根据测量的热膨胀量与对应温度做热膨胀曲线，取热膨胀曲线上靠近1000℃温区的直线段，并将直线段向低温区做延长线，热膨胀曲线上的曲线段与直线段延长线的分离点对应的温度即碳在奥氏体中完全溶解的温度。

本发明技术方案中，由于碳是奥氏体化相变过程影响较大的元素，所以只针对碳含量小于等于0.2wt.％的低碳钢。对试样加热时要保证加热速度在0.5℃/S～5℃/S范围内，且加热均匀，使膨胀过程充分进行且相变过程均匀，测量时温度每升高一度必须能采集超过1个热膨胀量。

在加热过程中，最好保证试样测量区温度均匀且试样两端无外力作用，避免试样塑性变形对热膨胀量精度的影响。

在从室温加热至高温的过程中，试样表面极易氧化，会对试样直径方向的热膨胀量的测量精度造成影响，所以测试环境最好是真空状态或者惰性气体保护状态。

由于加热至奥氏体区后，碳仍然在不断溶入奥氏体，碳完全溶解的奥氏体温度区，必然是热膨胀曲线呈直线段的部分。因此，取热膨胀曲线上靠近1000℃温区的直线段，并找到热膨胀曲线上该直线段的起始点即能找到碳在奥氏体中完全溶解的温度。

本发明具有的优点和效果：

本发明的热膨胀法测定低碳钢中碳在奥氏体中完全溶解温度的方法，为该类钢材在热轧生产过程中热处理工艺提供生产依据。由于热膨胀法对相变过程反应敏感，且测试方法稳定可靠，对不同成分的低碳钢适用性较强，与以往的硬度测试法和热力学计算法相比，方法简单、易于实施且精度较高。

附图说明

图1是实施例1的热膨胀曲线；

图2是实施例1的热膨胀曲线上靠近1000℃温区的直线段拟合示意图；

图3是膨胀增量C与温度关系图；

图4是验证用试样结构图。

具体实施方式

针对含碳含量小于等于0.2wt.％的低碳钢，在热膨胀测试设备上，测量试样从室温加热至1000℃的热膨胀量，并记录温度和热膨胀量，绘制热膨胀曲线和碳完全溶解入奥氏体直线段的延长线，找到直线段的起始点。

实施例1

1)实施例成分

实施例1选用低碳钢Q960，其化学成分符合标准GB16270-2009《高强度结构用调质板》，见表1。

表1实施例1化学成分(wt.％)