《热处理原理与工艺》 课件 第二章 钢在加热时的奥氏体转变

第二章钢在加热时的奥氏体转变奥氏体形成机理热处理原理与工艺第二章钢在加热时的奥氏体转变1、奥氏体形成机理3、奥氏体晶粒长大及控制2、奥氏体的形成动力学2.1奥氏体的形成§1奥氏体形成机理一、奥氏体的基本性质C溶于γ-Fe形成的固溶体，面心立方结构碳所处的可能位置：fcc八面体中心或棱边中点溶解度：最大理论值wc%=2.11%碳原子分布不均匀，在A中有浓度起伏形貌：等轴状、有孪晶合金奥氏体2.1奥氏体的形成二、奥氏体的性能力学性能塑性好、强度低。（滑移系多）冷、热加工成形的工程意义？物理性能顺磁性。材料应用？比容小（比体积小于铁素体、马氏体）。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。2.1奥氏体的形成三、奥氏体的形成机理有核相变，包括形核和长大两个基本过程相变温度（临界点）平衡相变点：A1(PSK)、A3(GS)、Acm(ES)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。2.1奥氏体形成的机理四、珠光体类组织向奥氏体的转变过程形核→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P2.1奥氏体形成的机理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2.1奥氏体形成的机理2.1奥氏体形成的机理2、长大球化体

奥氏体包围碳化物，使碳化物与F分开，奥氏体形成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）。平行片方向（体扩散+界面扩散）C既可以在奥氏体晶粒中进行，也可以沿γ/α相界面进行→沿γ/α相界面扩散时路程短，是主要扩散路径→界面迁移快→平行方向长大速度快C%dCdx①奥氏体在α/Fe3C相界面上形核后，将产生三相平衡，产生γ/Fe3C和r/α两个相界面。②Cr-k>Cr-a，浓度差dC=Cr-k-Cr-α将在奥氏体内产生扩散。2.1奥氏体形成的机理∆Cr↔k∆Cr↔αdCdxCr-α↑→Cr-α’；

Cr-k↓→Cr-k

’相界面上的平衡浓度被打破③为了恢复并维持相界面上的平衡浓度α点阵重构→γ，向α方向长大，Cr-α’↓→Cr-aFe3C向γ中溶解，向Fe3C方向长大，Cr-k

’↑一Cr-k2.1奥氏体形成的机理2.1奥氏体形成的机理2.1奥氏体形成的机理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2.1奥氏体形成的机理其它钢的奥氏体转变：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。2.1奥氏体形成的机理二、马氏体向奥氏体的转变工程意义：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）2.1奥氏体形成的机理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。2.1奥氏体形成的机理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转变相似第二章钢在加热时的奥氏体转变奥氏体的形成动力学热处理原理与工艺第二章钢在加热时的奥氏体转变1、奥氏体形成机理3、奥氏体晶粒长大及控制2、奥氏体的形成动力学奥氏体既可以在等温条件下形成，也可在连续加热条件下形成奥氏体形成速度取决于形核率和长大速度，最主要的影响因素是温度和时间2.2奥氏体的形成动力学§2奥氏体的形成动力学一、奥氏体等温加热形成动力学常用研究方法：金相法、膨胀法、热分析法等金相法测定：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不变奥氏体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形温度越高，奥氏体形成速率越快残余碳化物溶解及奥氏体均匀化时间长2.6小结及作业共析钢TTA图2.2奥氏体形成动力学

单条奥氏体等温形成动力学曲线信息少→将不同温度下奥氏体等温形成过程综合表示在一张图中，得到奥氏体等温转变的时间-温度-奥氏体化图，又称奥氏体等温形成动力学图（TTA图）45钢800℃等温10s时，是否发生了奥氏体化?2.2奥氏体形成动力学45钢在900℃等温3h后，奥氏体化过程是否已经完成？2.6小结及作业2.2奥氏体形成动力学0.47C-0.27Si-0.90Mn-1.10Cr钢的等温TTA图相较于碳钢而言，合金钢的奥氏体化过程需要更高的温度和更长的时间2.2奥氏体的形成动力学二、奥氏体连续加热形成动力学奥氏体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若干个试样，分别加热到不同温度淬火，测定奥氏体转变时对应的温度、时间特点：加热速度越快，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加热速度对奥氏体转变的影响示意图2.2奥氏体的形成动力学连续加热TTA图2.2奥氏体的形成动力学三、影响奥氏体形成速率的因素主要是加热温度、钢的成分和原始组织状态等加热温度：T↑→A化速度↑加热速度

：V↑→转变温度↑，转变时间↓钢的成分含碳量

亚共析钢C%↑→界面多、扩散系数增大→转变快过共析钢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，奥氏体形成速度慢合金元素自扩散慢，奥氏体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↓第二章钢在加热时的奥氏体转变奥氏体晶粒长大及控制热处理原理与工艺第二章钢在加热时的奥氏体转变1、奥氏体形成机理3、奥氏体晶粒长大及控制2、奥氏体的形成动力学2.3奥氏体晶粒长大及控制§3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：

韧脆转变温度

细晶→高强度、高韧性实际晶粒大小取决于冷却前奥氏体晶粒大小钢的韧脆转变温度也与晶粒大小有关：2.3奥氏体晶粒长大及控制二、奥氏体晶粒度晶粒度是晶粒大小的度量评定方法晶粒度级别N=2G-1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2.3奥氏体晶粒长大及控制2.3奥氏体晶粒长大及控制2.3奥氏体晶粒长大及控制

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。将钢加热到930℃±10℃，保温3h，冷却后测得的晶粒大小与脱氧剂、合金元素有关三、奥氏体晶粒长大原理2.3奥氏体晶粒长大及控制长大方式：通过界面迁移进行，即大晶粒吞并小晶粒或弯曲晶界平直化晶粒长大的结果是总的晶界面积减小，是自发的过程，但不会无限长大2.3奥氏体晶粒长大及控制四、影响奥氏体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？第二相颗粒：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加热条件2.3奥氏体晶粒长大及控制五、晶粒的控制及生产应用1、利用Al脱氧、AlN颗粒细化2、加细化晶粒合金元素HSLA钢强化（V、Ti、Nb）3、快速加热4、重结晶细化（正火）

尽量控制奥氏体晶粒长大，确保获得细小的奥氏体晶粒2.3钢的加热缺陷六、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

导致奥氏体化不充分、第二