phase transformations hardenability
play

Phase Transformations & Hardenability of Steels (Jominy EndQuench - PDF document

Phase Transformations / Hardenability (Jominy EndQuench) Presentation Fall '15 (2151) Experiment #7 Phase Transformations & Hardenability of Steels (Jominy EndQuench Test) Jominy End Quench Test ASTM Standard A255 Concept


  1. Phase Transformations / Hardenability (Jominy End�Quench) Presentation Fall '15 (2151) Experiment #7 Phase Transformations & Hardenability of Steels (Jominy End�Quench Test) � Jominy End Quench Test � ASTM Standard A255 � Concept � Non�equilibrium phase transformations � Continuous cooling transformation diagram & Critical cooling rates � Concept of Hardenability � Effect of %C & alloying on Hardenability � Objective � Compare hardenability of 1045 & 4340 steels (very similar wt% C) 2 Review: Eutectoid Reaction in Steels γ ( Austenite , FCC) → α ( Ferrite , BCC) + Fe 3 C ( Cementite , FC Orthorhombic) ����������������������������� ������������������������������� �������������������������������� γ ������������� → α ����������������� � ������������� 0.76 %C → 0.022 %C + 6.70 %C ������������������������������������������������� �������������������������������������������������� ������������������������������������������� ������������� 3 ������������������������ ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% MECE�306 Materials Science Apps Lab 1

  2. Phase Transformations / Hardenability (Jominy End�Quench) Presentation Fall '15 (2151) Isothermal Transformations of Eutectoid Steel – Pearlite ������������������������� ���!������������������ �����������������"������ �������������������� ������������������������ ��������������������� � �'�( ���#��������������� ������"������!"����������� �������������������������� ������������������������� Notice fast transformation creates “fine” pearlite and slow transform. creates This figure is nicknamed the “T�T�T” plot (for “coarse” pearlite! time�temperature�transformation) 4 �����&%�&)��������������� ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% Isothermal Transformations of Hyper�Eutectoid Carbon Steel �������������������������� ���!����������$�$%������� �����������������&� '"����������(� �"������������� ���������(� )"���������� � Note differences from eutectoid TTT diagram � Primary (or pro�eutectoid) cementite transformation start line (A+C) above & left of pearlite transformation start line (A+P) � (A+C) start line extends above eutectoid temperature! � Pearlite start line (A+P) shifted to the left 5 �����&%�&���������������� ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% MECE�306 Materials Science Apps Lab 2

  3. Phase Transformations / Hardenability (Jominy End�Quench) Presentation Fall '15 (2151) Isothermal Transformations of Eutectoid Steels – Bainite �������������������������� ���!����������������������� ������������������� �����������"���������!� �����������������������'*)�� ������������������������� �'*+������������������ “Nose” of T�T�T curve between pearlite and bainite transformations means bainite cannot be formed in slow�cooled steels (temperature must drop at least 200 � C in less than 1 s). 6 �����&%�&!��������������� ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% Isothermal Transformations of Eutectoid Steels – Martensite ,����������������������� Martensite ������������������!�������� can only be ������������������������ formed with ���������������������& very rapid '"����������(� cooling rates +"��������(� #"�����������(� )"���������� 7 �����&%������������������ ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% MECE�306 Materials Science Apps Lab 3

  4. Phase Transformations / Hardenability (Jominy End�Quench) Presentation Fall '15 (2151) Microstructures of Carbon Steels 20 µ m Coarse Fine Bainite grain (bottom left Partially transformed to top right) in Martensite Martensite grains Pearilte grains ( ~19,000 × ) in Austenite* (~ 1200 × ) ( 3000 × ) Pearlite Bainite Martensite Increasing hardness * Martensite transformation “frozen” partially completed 8 (Dark martensite “needles” in light austenite matrix) Crystal Structures Austenite, Ferrite & Martensite Slow – carbon diffuses out of BCC Crystal smaller a ( α – ������� , FCC Crystal a a ≈ 2.9nm) ( γ – ��������� , interstitial a ≈ 3.6nm) spaces a a a a Fast – crystal structure “warps”; carbon trapped by low diffusion rate (only “metastable”) BCT Crystal c ( ���������� , a ≈ 2.8nm, c>2.8nm) a a 9 MECE�306 Materials Science Apps Lab 4

  5. Phase Transformations / Hardenability (Jominy End�Quench) Presentation Fall '15 (2151) Non�Isothermal Transformations of Eutectoid Steels (Continuous Cooling) ������������������� Transformations �������������������������� start later and/or at ������!���������������� lower temperature ���!��������������������� during continuous ������������������ cooling Pearlite / bainite “nose” moves down & is not horizontal 10 �����&%��*��������������� ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% Critical Cooling Rates for Eutectoid Steel �����������������!� Cooling rates ������������������!���������� faster than the ���������������������������� critical cooling �����������������������!� rate form only ������- martensite Cooling rates slower (no time for than this cooling rate diffusion�based form only pearlite (the transformation diffusion�based to occur) transformation has Intermediate time to complete cooling rates before the martensite form some start temperature is pearlite, but the reached) reaction stops before finishing 11 �����&%��+��������������� ������������������������������������������������������� �������! �� �����"��#���$����������%&% MECE�306 Materials Science Apps Lab 5

Recommend


More recommend