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

Download Presentation
Download Policy: The content available on the website is offered to you 'AS IS' for your personal information and use only. It cannot be commercialized, licensed, or distributed on other websites without prior consent from the author. To download a presentation, simply click this link. If you encounter any difficulties during the download process, it's possible that the publisher has removed the file from their server.

Recommend


More recommend