2.4　測定CCT曲線試驗

熱/力學模擬機是采用熱膨脹法測定CCT曲線的，利用鋼在相變時體積發生膨脹或收縮的原理來確定鋼的轉變溫度。

2.4.1　試驗原理

當材料在加熱或冷卻過程中發生相變時，若高溫組織及其轉變產物具有不同的比體積和膨脹系數，則由于相變引起的體積效應疊加在膨脹曲線上，破壞了膨脹量與溫度間的線性關系，從而可以根據熱膨脹曲線上所顯示的變化點來確定相變溫度。

當高溫奧氏體在連續冷卻過程中發生相變時，試件的長度將發生變化，并符合下列關系：

ΔL=ΔLV+ΔLT

式中，ΔL為試樣加熱或冷卻時全膨脹量；ΔLV為相變體積效應引起的長度變化量；ΔLT為溫度變化引起的長度變化量。

ΔLT=αΔT（α為金屬的熱膨脹系數，ΔT為溫度變化量）。對于用Gleeble試驗機測試CCT圖時，長度是指圓柱體試樣的直徑。

2.4.2　試驗方法

試樣尺寸：?（3～10）mm×（80～120）mm；

在Gleeble試驗機上按設定的加熱速度加熱到最高溫度［對于一般熱處理的CCT圖，其最高加熱溫度為Tmax=Ac3+（50～150℃），加熱升溫時間為120～300s，保溫時間為180～300s］，保溫一定時間后，控制冷卻速度進行冷卻；加熱、保溫和冷卻過程中用徑向位移傳感器測定均溫區的徑向位移（或稱膨脹量），參見圖2-22、圖2-23；根據膨脹量-溫度曲線確定不同連續冷卻過程中的相變點（曲線中的轉折點，一般用切線法找出，參見圖2-24），并根據各種冷卻速度下的硬度值，繪制CCT圖。

實例4：含硼冷鍛鋼10B21鋼連續冷卻轉變規律及組織研究［5］

10B21鋼是一種8.8級較高強度的含硼冷鍛鋼。傳統的8.8級強度的冷鍛鋼是35K，35K屬于中碳鋼，在冷鍛加工前需要球化退火處理以降低強度。10B21屬于低碳鋼，可省去球化退火工序以降低成本，冷鍛成螺栓后經熱處理達到8.8級強度，而硼可提高熱處理時的淬透性。為了在10B21鋼的熱軋控冷后獲得穩定的組織和性能，為此鋼種的熱軋控冷和熱處理工藝的制定提供依據，需要測定該鋼種的連續冷卻轉變曲線（CCT），并檢測不同冷卻速度時轉變產物的顯微組織和硬度。

（1）試樣制備及試驗方法

試驗材料的化學成分如表2-5所示，試樣尺寸見圖2-25。

（2）試驗程序

①10B21鋼預定奧氏體化溫度為940℃。將試樣以10℃/s速度加熱到奧氏體化溫度，保溫5min后，分別以速度0.2℃/s，0.5℃/s，1℃/s，2.5℃/s，5℃/s，10℃/s，15℃/s，20℃/s，30℃/s，45℃/s，60℃/s，75℃/s冷卻到室溫。測定試樣膨脹量隨時間變化的曲線，如圖2-26所示。

②將測完的試樣經過鑲嵌，打磨，拋光后，用4%硝酸酒精溶液浸蝕，然后在金相顯微鏡和掃描電鏡下觀察其微觀組織形貌。

③采用維氏顯微硬度計測定各冷卻后試樣的硬度。

④根據不同冷卻速度膨脹曲線上的拐點（切點或極值點），結合金相組織和硬度數據確定不同冷速時的相變溫度，并繪制CCT曲線。

（3）試驗結果

①轉變臨界點溫度的測定結果

根據加熱過程試樣的熱膨脹情況，確定加熱時鐵素體→奧氏體的開始溫度Ac3，加熱時珠光體向奧氏體轉變的開始溫度Ac1；由0.2℃/s連續冷卻過程膨脹曲線確定冷卻時開始析出鐵素體臨界點Ar3，與析出珠光體臨界點Ar1，由直接水冷的膨脹曲線可確定Ms點。測定結果為：Ac3=841℃，Ac1=740℃；Ar3=783℃，Ar1=718℃；Ms=416℃。

②各冷卻速率下試樣的硬度

硬度測試結果如表2-6所示，趨勢如圖2-27所示。

③CCT曲線的繪制

最終繪制的CCT曲線見圖2-28。

④連續冷卻轉變后的金相組織

金相組織如圖2-29和圖2-30所示。

⑤CCT曲線的應用

a.終軋溫度　10B21鋼的Ac3溫度為841℃，亞共析鋼的終軋溫度應當高于Ac3線50～100℃，因此為保證在單相奧氏體區軋制，終軋溫度不能低于841℃。

b.吐絲溫度　一般控制吐絲溫度既保證相變發生在快速冷卻之后，又能避免因相變前奧氏體晶粒過分長大，吐絲溫度應控制在790～810℃。

c.相變區冷卻速度　冷鍛鋼盤條要求有良好的塑性，其理想的金相組織是鐵素體+粒狀珠光體，所以軋制后控制冷卻時的冷速應在0.2～1℃/s之間。

d.熱處理加熱溫度　亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3+（30～50℃），即10B21鋼的淬火加熱溫度應在871～891℃。