热处理工艺学课件--第02章 钢中奥氏体的形成.ppt

第二章钢中奥氏体的形成 引言 绝大多数热处理过程都需要将钢加热到钢的临界点以上 使钢部分或全部转化为奥氏体 再适当冷却加热转变的奥氏体状态 如晶粒大小 形状 空间取向 亚结构 成分 均匀性等对后续的处理意义重大本章讨论平衡态钢的加热转变 以及非平衡态组织的加热转变 铁 碳平衡相图 2 1A的结构 组织与性能 奥氏体 A 碳溶于 Fe所形成的固溶体大量研究表明 碳溶于 Fe的八面体间隙中心 如果 Fe的每个八面体间隙均溶一个碳原子 最多可溶20wt 的碳 实际只能溶2 11wt 12CrNi3钢的原奥氏体晶粒组织 A的性能 A为高温稳定相 在室温下通常是不稳定的在Fe C合金中加入扩大A相区的元素 可使A在室温 甚至在低温下成为稳定相硬度 强度均不高 但塑性好 热强性好A具有顺磁性A导热性差 线膨胀系数高 2 2奥氏体的形成 本节讨论平衡组织奥氏体的形成 F Fe3C P A 转变顺序 先P 再F 最后Fe3C转变的驱动力为自由能的差值转变通过扩散进行转变包含4个阶段 A核的形成 A核的长大 Fe3C的溶解 A成分的均匀化 一 A形成的热力学条件 P A的条件为加热到A1以上转变温度T1与A1之间的差值成为过热度 T T Gv 转变速度 T与加热速度有关 理论上说 加热足够慢时 T 0 即可发生转变 而实际上加热一般比较快 所以导致 T较大 实际转变温度记为AC1 T1 同理有Ar1 二 A核的形成 以非均匀形核为主要形式A核一般在F和Fe3C交界处形成从成分考虑F 0 02 Fe3C 6 69 A 0 77 从能量考虑交界处 界面 界棱 界隅 提供形核所需能量 三 A核的长大 A核的长大是通过Fe3C溶解 C原子在A中扩散 A两侧向F和Fe3C推移完成的 F Fe3C C原子发生扩散 扩散破坏界面C平衡F A Fe3C A以降低 升高 C浓度 促使反应进行 四 渗碳体溶解 当珠光体中铁素体全部消失时 渗碳体还没有完全溶解 此时A中C 小于P中的C 对其的解释可参看教材P 20 自学 在随后的转变过程中 Fe3C不断溶解 C继续在A中扩散 直至所有Fe3C全部溶解该过程为一个缓慢的过程 五 奥氏体均匀化 同样为一个缓慢的过程 原铁素体一侧 原渗碳体一侧 A形核 A长大 A成分均匀化 残余Fe3C溶解 2 3奥氏体等温形成动力学 一 等温形成动力学图 有孕育期T 孕育期 加热时间 二 奥氏体的形核与长大 T I 实验证明 T从740 到800 I提高270倍 T V 三 影响珠光体转变为奥氏体的因素 温度 T 转变越快原始组织 片状碳化物快于颗粒状碳化物 片层薄快于片层厚 扩散距离短 合金元素 加入Ni Mn 可降低临界点 加速A形成 加入Cr Mo W 降低A中C的扩散系数 使奥氏体形成变慢 加入Co 提高A中C的扩散系数 使奥氏体形成变快 2 4连续加热时A的形成 生产中 A形成绝大多数在连续加热过程中形成 即A形成过程中 温度还在进一步上升连续加热时 与等温加热一样 A形成也经历形核 长大 K溶解 A均匀化四个阶段共析钢连续加热形成如右图 连续加热A形成的讨论 加热速度越快 平台越短 平台的倾斜度越大 所对应温度越高 T Ac1 0 A形成是在一定温度范围内形成的加热速度越快 A形成速度越快加热速度越快 A成分不均匀性越大加热速度越快 A晶粒越细小 但易长大 2 5非平衡组织加热时A的形成 问题的提出组织遗传 相变后新相仍保持旧相晶粒的大小和形状相遗传 相变后母相的晶体缺陷遗传给新相研究目的防止组织遗传探讨非平衡组织加热时细化晶粒的途径 针状奥氏体和球状奥氏体 Aa 非平衡组织加热时 奥氏体化初期产生的一种过渡组织形态形成条件 快速或慢速加热 M未发生再结晶Ag形成条件 中速加热 M发生再结晶切断组织遗传 中速加热 一次或多次高温回火 退火A晶粒超细化 2 6A晶粒长大及其控制 A晶粒的形成并不意味着A化的完结 继续加热 保温将导致A晶粒长大A晶粒大小直接影响冷却转变的组织和性能一 A晶粒度A晶粒大小用晶粒直径d 单位面积内晶粒个数n来表示定义 放大100倍 每645m2内晶粒个数为n N为晶粒度 N 1 4粗晶粒钢N1 超细晶粒 起始晶粒度 加热转变终了时A晶粒大小取决于I V实际晶粒度 长大到冷却开始时的A晶粒大小取决于加热温度 保温时间 化学成分 原始组织等本质晶粒度 930 10 保温3 8h实际晶粒度与合金元素 脱氧方式有关 奥氏体长大现象 奥氏体晶粒长大机制 长大驱动力驱动力 来自A晶界的晶面能设球形奥氏体晶粒半径为R 界面能为 则作用在晶界的力P为P 2 R当晶界为平直时 R P 0 奥氏体晶粒的正常长大 D 时间 时 晶粒的平均直径k0 比例常数Q Fe原子的扩散激活能T 温度 保温时间 奥氏体晶粒的异常长大 第二相微粒阻止晶界运动 使得A长大受阻当温度或时间足够时 第二相溶解 A继续生长 影响A长大的因素 加热温度 保温时间加热速度未溶第二相微粒的钉扎作用提高起始晶粒均匀性 可降低驱动力P 抑制长大原始组织快速加热