热处理组织转变.doc

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1、第一章．金属加热过程中的相变—奥氏体相变概述：热处理工艺一般由加热、保温和冷却三个阶段组成，其目的是为了改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。除回火、少数去应力退火，热处理一般均需要加热到临界点以上温度使钢部分或全部形成奥氏体，经过适当的冷却使奥氏体转变为所需要的组织，从而获得所需要的性能。奥氏体晶粒大小、形状、空间取向以及亚结构，奥氏体化学成分以及均匀性将直接影响转变、转变产物以及材料性能。奥氏体晶粒的长大直接影响材料的力学性能特别是冲击韧性。综上所述，研究奥氏体相变具有十分重要的意义。本章重

2、点：奥氏体的结构、奥氏体的形成机制以及影响奥氏体等温形成的动力学因素。本章难点：奥氏体形成机制，特别是奥氏体形成瞬间内部成分不均匀的几个C%点，即C1、C2、C3和C4。图1-1§1-1奥氏体的组织结构和性能一、奥氏体的结构：定义：C溶于γ–Fe形成的间隙式固溶体。1.C原子位于γ–Fe点阵的中心和棱边的中点(八面体间隙处)；2.C原子进入γ–Fe点阵间隙位置引起；γ–Fe点阵等称膨胀；C%增加，奥氏体点阵常数增大，但奥氏体的最大溶C量(溶解度)为2.11%3.C原子在奥氏体中分布是不均匀的，存在浓度起伏；4.

3、合金元素原子(Mn、Si、Cr、Ni等)溶入奥氏体中取代Fe原子的位置，形成置换式固溶体，称合金奥氏体。二、奥氏体的组织：(1)原始组织有关奥氏体组织通常为等轴状多边形晶粒，这与(2)加热速度有关(3)转变程度有关不平衡加热奥氏体晶粒呈针状或球状(只作为了解内容)。三、奥氏体的性能易于变形加工成型；(3)热强性高。1.机械性能：(1)屈服强度、硬度低(2)塑性、韧性高；2.物理性能：(1)比容最小；(2)导热性差；(3)线膨胀系数大；(4)顺磁性。GrGpGTA1T1ΔGΔT图1-23.应用：(1)变形加工成型

4、；(2)奥氏体不锈钢耐蚀性；(3)膨胀仪表灵敏元件。§1-2奥氏体的形成一、热力学条件ΔG=Gγ－Gp＜0(1)Ac1和Ar1引出临界点概念：(2)Ac3和Ar3(3)ACcm和Arcm二、奥氏体的形核GESPC1C2C3C4T1图1-3以共析钢为例，讨论钢中奥氏体形成。奥氏体晶核主要在F和Fe3C的相界面形核，其次在珠光体团界、F亚结构(嵌镶块)界面形核。这样能满足：(1)能量起伏；(2)结构起伏；(3)成分起伏三个条件。三、奥氏体的长大α+Fe3Cγ晶体结构：体心立方复杂斜方面心立方含碳量：0.0218%6

5、.67%0.77%奥氏体长大过程是依靠原子扩散完成的，原子扩散包括(1)Fe原子自扩散完成晶格改组；(2)C原子扩散使奥氏体晶核向α相和Fe3C相两侧推移并长大。C2C%AFe3CFC1C4C3珠光体片间距图1-41.C原子扩散：一旦奥氏体晶核出现，则在奥氏体内部的C%分布就不均匀，由从图1-3可见：C1—与Fe3C相接的奥氏体的C%；C2—与F相接的奥氏体的C%；C3—与Fe3C相接的F的C%；C4—与奥氏体相接的F的C%；从图1-3可以看出，在T1温度下由于C1、C2、C3、C4不同导致奥氏体晶核形成时，C

6、原子扩散，如图1-4，扩散的结果破坏了T1温度下C%的浓度平衡，迫使与奥氏体相接的F和Fe3C溶解恢复T1温度下C%的浓度平衡，如此历经“破坏平衡”——“建立平衡”的反复，奥氏体晶核长大。2.奥氏体晶格改组：(1)一般认为，平衡加热过热度很小时，通过Fe原子自扩散完成晶格改组。(2)也有人认为，当过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。3.奥氏体晶核的长大速度：奥氏体晶核向F和Fe3C两侧的推移速度是不同的。根据公式：式中，K—常数；—C在奥氏体中的扩散系数；—相界面处奥氏体中C的浓度梯度；—相界面浓度差；

7、“-”表示下坡(高浓度向低浓度处)扩散。向F一侧的推移速度与向Fe3C一侧的推移速度之比：780℃时，。表明相界面向F一侧的推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍，但是通常片状珠光体的F片厚度比Fe3C片厚度大7倍，所以奥氏体等温形成时，总是F先消失，Fe3C剩余。四、残余Fe3C和奥氏体均匀化α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚未溶解，这些Fe3C被称为残余Fe3C。另外在原来Fe3C的部位，C%较高，而原来F部位C%较低，必须经过适当的保温后，奥氏体中的C%才能趋于均匀。综上，奥氏体形成分四个阶段

8、：奥氏体形核；核长大；残余Fe3C溶解；奥氏体均匀化，其示意图见图1-5。奥氏体形核核长大残余Fe3C溶解奥氏体均匀化图1-5五、非共析钢的奥氏体化过程和共析钢的奥氏体化对比，非共析钢的奥氏体化过程分两步进行，首先完成P→A，这与共析钢相同；然后是先析相的奥氏体化过程。这些都是靠原子扩散实现的。值得指出的是，非共析钢的奥氏体化碳化物溶解以及奥氏体均匀化的时间更长。§1-3奥氏体等温形成