第章钢的加热转变.ppt
第二章 钢的加热转变,6-1 奥氏体的形成6-2奥氏体形成机理6-3奥氏体形成动力学6-4奥氏体晶粒长大及控制6-5 钢的加热缺陷本章重点 1.奥氏体的形成过程 2.影响奥氏体形成速度及晶粒长大的因素,1 奥氏体的形成,一、奥氏体的结构定义晶体结构碳所处的可能位置：fcc八面体中心或棱边中点溶解度：理论值wc%实际值？碳原子分布不均匀，在A中有浓度起伏对称点阵畸变，wc%高点阵常数增大形貌：等轴状、有孪晶关于合金A,二、奥氏体的性能力学性能塑性好、强度低。（滑移系？固溶强化效果？）冷、热加工成形的工程意义？可采取的材料强化手段？物理性能顺磁性。材料研究方面的应用？比容小（致密度？）。热处理应该考虑的问题？热膨胀系数大。可以用于热敏功能材料。导热性能差，加热应注意。加热速度？化学性能抗腐蚀；耐热。,三、奥氏体的形成过程相变温度（临界点）平衡相变点：A1、A3、Acm实际加热时的相变点：Ac1、Ac3、Accm实际冷却时的相变点：Ar1、Ar3、Arcm形成条件Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度过热度大，容易形成实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。,2 奥氏体形成的机理,一、珠光体类组织向A的转变过程形核长大残余碳化物溶解A的成分均匀化珠光体类组织球化体（球状P=F+球状碳化物）片状P,1、形核,球化体优先在晶界的F/碳化物界面上形成其次在晶内的F/碳化物界面上形成片状P优先在P团的界面上形成其次 在F/碳化物界面上形成相界形核原因碳浓度起伏，如 F中高浓度区有利于 向A转变结构起伏晶体结构改组容易能量起伏杂质、晶体缺陷多形核降低界面能、应变能,2、长大,球化体 A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。片状P垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图平行片方向（体扩散+界面扩散）垂直片方向路程短，是主要长大方式界面迁移快平行方向长大速度快,3、残余碳化物的溶解,实验证实F先溶解F先溶解的原因晶体结构碳浓度差异4、奥氏体成分均匀化,其他钢的奥氏体转变,亚共析钢：P转变为A后，F再 转变过共析钢：P转变为A后，Fe3C再转变低合金钢：P转变与碳钢过程、机理相同，但进程比较慢，相变温度高，时间长。,二、马氏体向A的转变,工程意义：返修；铸造、锻造等连续冷却组织相变点以上加热：同时形成针状和球状两种A，机理形成球状A是主流；针状A是初始阶段的过渡组织，随后会转变为球状或合并为粗晶粒（组织遗传）,1、针状A,形核：板条之间有碳化物优先在界面形核板条之间无碳化物在板条之间形核加热温度：在Ac1、Ac3附近不出现加热速度：快速或慢速加热容易出现组织遗传：针状A与原M板条有位向关系，粗大组织遗传保留。P原始组织一般没有。形成机理：有待研究,2、球状A,形核板条之间原A晶界上加热速度：适中时出现无组织遗传：与P向A转变相似,3 奥氏体形成动力学,一、A等温加热形成动力学金相法测定原理：加热A+P快冷使高温组织固定冷却后A转变为M，未转变的P在此过程中不变化。A等温加热形成动力学图特点温度越高，孕育期越短中期转变速度快，S形残余碳化物溶解及A均匀化时间长,二、A连续加热形成动力学,A连续加热形成动力学图建立温度时间坐标，标出不同的加热速度曲线每一种加热速度取10个试样，分别加热到不同温度淬火，测定A转变时对应的温度、时间特点加热温度升高，相变温度升高加热速度快，孕育期减少加热速度快，晶粒细化成分不均匀,三、A形成动力学的理论处理,1、形核率N：2-1公式 A化温度的影响：温度相变驱动力 形核率 形核率与临界晶核数目、原子碰撞次数（扩散）成正比温度原子扩散能力温度C/与C/浓度差 碳浓度起伏小,2、长大速度,温度扩散系数温度碳在A中的浓度梯度 温度 C/与C/和Ccem/与C/cem浓度差均 界面扩散速度综上所述：温度升高，二者单调升高。形核率增加更快。动力学公式适宜定性，定量有误差,四、影响A形成速度的因素,加热温度：T A化速度 加热速度：V 转变温度，转变时间 含碳量 亚共析钢C%界面多 转变快过共析钢（半A化）C%碳化物多 转变慢合金元素 改变相变点；影响扩散系数碳化物稳定性好，A形成速度慢合金元素自扩散慢，A形成速度慢原始组织 P 片间距小 相界面多 A化速度球状P A化速度上一页 返回,4奥氏体晶粒长大及控制,一、晶粒与材料性能的关系Hall-Petch公式：细晶，高强度、高韧性实际晶粒大小取决于冷却前A晶粒大小二、晶粒度评定方法测定尺寸对比评级照片截距法：单位长度上与晶粒相交的数目,起始晶粒度 刚刚全部转变为奥氏体时的晶粒度。实际晶粒度 在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶 粒度。本质晶粒度 用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。采用标准试验方法评定 与脱氧剂、合金元素有关,三、A晶粒长大的特点,本质晶粒度,标准试验条件与冶炼工艺有关与成分有关,四、影响A晶粒长大的因素,加热温度、时间高温、长时间，晶粒长大，晶界平直在某温度下，长大到一定尺寸停止加热速度：快速短时，细化晶粒。随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？第二相粒子：实验结果及近似处理足够细、数量足够多阻碍A长大冶炼方法合金元素的作用各不相同,五、晶粒的控制及生产应用,1、利用Al脱氧细化2、加细化晶粒合金元素HSLA钢强化3、快速加热4、重结晶细化（正火）,六、控制组织遗传,原则：切断母相与新相的晶体学关系高温回火或退火获得平衡组织再A化中速加热获得球状A组织多次循环加热、冷却破坏取向关系,5 钢的加热缺陷,1、欠热：温度低、时间短 措施：重新加热2、过热：温度高，粗晶粒 措施：重新加热，防止组织遗传3、过烧：温度太高，晶界氧化、熔化 报废,4、氧化：尺寸、表面变化；性能恶化与脱碳现象伴生措施：保护气氛；盐浴；真空加热5、脱碳：性能恶化脱碳速度大于氧化速度措施：保护气氛；盐浴；真空加热6、变形：尺寸变化或开裂 措施：控制加热速度，分段预热,小结及作业,奥氏体具有良好的塑性、无磁、耐腐蚀、耐热等性能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。钢的奥氏体在加热温度超过Ac1以上，有一定的过热度才形成。实际相变温度滞后平衡临界点。球、片状珠光体转变为A属于扩散相变，由形核、长大、残余碳化物溶解、成分均匀化四阶段构成。奥氏体可以以等温和连续加热方式形成。温度、加热时间、加热速度、原始组织等均影响奥氏体形成速度。奥氏体的实际晶粒大小对材料性能有明显影响，细化奥氏体晶粒是材料强化的重要手段。作业：2、5、10、16,返回,返回,返回,返回,返回,设晶粒为球形，半径为R：驱动力P：弯曲的晶界平直化，即表面张力,阻力F：界面能增加r2 r2=Fr，F=r总阻力F总=2rNv F=2r2Nv Nv：单位体积粒子数晶界停止长大条件：总阻力F总=P，设R=Df=4/3 r3 Nv f：第二相体积分数晶粒大小：D=4r/3f,返回,返回,返回,
