热处理原理与工艺 教学课件 作者 赵乃勤 第2章　钢在高温加热时的奥氏体转变.ppt

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1、第2章　钢在高温加热时的奥氏体转变2.1　奥氏体及其特点2.2　钢的奥氏体等温转变2.3　钢中奥氏体的连续加热转变2.4　奥氏体晶粒长大及控制2.5　非平衡组织加热的奥氏体转变2.1.1　奥氏体定义图2-1　Fe-FC合金平衡相图2.1.1　奥氏体定义图2-2　合金元素对Fe-FC相图奥氏体区的影a)铬的影响　b)锰的影响2.1.1　奥氏体定义图2-3　304不锈钢在高溶解氧环境中的断裂表面，显示出奥氏体晶粒的形2.1.1　奥氏体定义图2-4　奥氏体的光学显微组织(NF709奥氏体不锈钢，10%草酸溶液电解抛光腐

2、蚀，晶内存在退火孪晶2.1.2　奥氏体晶体结构图2-5　碳原子在γ-Fe中可能的间隙位置a)和八面体间b)2.1.2　奥氏体晶体结构图2-6　奥氏体的点阵常数与碳含量(包括过饱和含量)的关2.1.3　奥氏体的性能奥氏体是碳钢中的高温稳定相，当加入适量的合金元素时，可以使奥氏体在室温成为稳定相。因此，奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状态，在奥氏体状态使用的钢称为奥氏体钢。2.2　钢的奥氏体等温转变通常把钢加热到临界温度以上获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。钢经奥氏体化获得稳定的奥氏体相后，以不同方式(或速度)冷却

3、，就可以获得不同的组织和性能。因此，奥氏体化过程是很多热处理的基本过程。2.2.1　奥氏体转变热力学图2-7　Fe-C合金珠光体和奥氏体的自由能(和)与温度的关系2.2.1　奥氏体转变热力学图2-8　加热速度和冷却速度为0.125℃/min时对奥氏体转变临界点的影2.2.2　奥氏体转变机制1.奥氏体形核2.奥氏体晶核长大3.残留碳化物溶解4.奥氏体成分均匀化2.2.2　奥氏体转变机制图2-9　珠光体向奥氏体转变示意a)奥氏体形核　b)奥氏体晶核长大　c)残留碳化物溶解　d)奥氏体成分均匀化1.奥氏体形核图2-10

4、　珠光体向奥氏体的转变过程(1000×1.奥氏体形核图2-11　0.95%C-2.61%Cr钢加热到800℃奥氏体形核的TEM照a)奥氏体在渗碳体/铁素体界面形核　b)奥氏体在珠光体团的边界形核1.奥氏体形核图2-12　奥氏体［γ(M)］在大角度晶界(HAB)处形核(LAB为小角度晶界2.奥氏体晶核长大图2-13　奥氏体晶核在珠光体中长大示意图a)在温度下奥氏体形核时各相的碳浓度　b)奥氏体相界面推移示意图3.残留碳化物溶解在奥氏体晶核的长大过程中，随着相界面的扩展，珠光体中的铁素体首先完成转变。当铁素体消失时，

5、渗碳体还未完全溶解，此时奥氏体的平均碳含量低于珠光体的平均碳含量(wC=0.77%)。Fe-Fe3C相图中ES线的倾斜度大于GS线(图2-13a)，S点不在cγ-α与cγ-θ的中点，而稍偏右。4.奥氏体成分均匀化图2-14　0.95%C-2.61%Cr钢加热到800℃时奥氏体形成的TEM照(在淬火过程中，奥氏体全部转变为马氏体)a)8s　b)20s　c)10s　d)20s2.2.3　奥氏体转变动力学1.共析钢奥氏体等温形成动力学图2.奥氏体的形核与长大动力学3.亚共析钢和过共析钢等温形成动力学1.共析钢奥氏体等温形成动

6、力学图图2-15　=0.86%钢的等温奥氏体形成动力学曲1.共析钢奥氏体等温形成动力学图图2-16　共析钢奥氏体等温形成动力学图的绘1.共析钢奥氏体等温形成动力学图图2-17　共析碳钢奥氏体等温形成动力学图2.奥氏体的形核与长大动力学(1)奥氏体的形核率　先考虑均匀形核时的情况，奥氏体形核率J与温度之间的关系可描述为(2)奥氏体的长大速度　奥氏体的长大速度v与奥氏体生长机制有关。3.亚共析钢和过共析钢等温形成动力学图2-18　亚共析钢和过共析钢的奥氏体等温形成a)=0.45%的亚共析钢　b)=1.2%的过共析

7、钢2.2.4　奥氏体转变的影响因素1.加热温度2.碳含量3.原始组织4.合金元素1.加热温度温度对奥氏体形成速度的影响在前面已经有较多的论述。温度升高，奥氏体形成速度加快，其影响见表2-1。而且随着温度的升高，奥氏体形核率增加的幅度高于长大速度增加的幅度，因此温度越高，奥氏体起始晶粒度越小。2.碳含量表2-1　加热温度对奥氏体等温形成速度的影加热温度/℃形核率/m·晶核成长速度/mm·转变50%的时间/s74023000．001100760110000．0109780520000．0253800600000．04013

8、.原始组织2-19.TIF3.原始组织2-20.TIF4.合金元素(1)对碳在奥氏体中扩散系数的影响　强碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V等，降低碳原子在奥氏体中的扩散系数，因而显著推迟珠光体转变为奥氏体的过程；非碳化物形成元素Co、Ni增大碳原子在奥氏体中的扩散系数，因而增大奥氏体的形成速度；Si、Al对扩散系数的