金属学及热处理 第六章 钢在加热和冷却时的转变课件.ppt

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1、金属学及热处理第6章钢在加热和冷却时的转变6.1概述6.1.1热处理及其作用钢的热处理是将钢在固态下加热到预定温度，保温一定时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。热处理的目的是改变钢的内部组织结构，改善钢的使用性能和工艺性能。在工件达到最终形状和尺寸后，进行的赋予工件所需使用性能的热处理称为最终热处理；而为随后成形加工或最终热处理作好组织准备的热处理称为预备热处理。6.1概述6.1.2钢的临界温度共析钢在加热和冷却过程中经过A1线时，发生珠光体与奥氏体间的相互转变；亚共析钢冷却经过A3线时，发生奥氏体向铁素体的转变；

2、过共析钢冷却经过Acm线时，发生奥氏体向渗碳体的状变。A1、A3、Acm称为碳素钢加热或冷却过程中组织转变的临界温度。Ac1---加热时P向γ转变开始温度Ar1---冷却时γ向P转变开始温度Ac3---加热时先共析α全部融入γ的终了温度Ar3---冷却时γ开始析出先共析α开始温度Accm---加热二次渗碳体全部溶入γ的终了温度Arcm---冷却γ开始析出二次渗碳体的开始温度6.1概述6.1.3本章的主要学习内容钢在加热时的转变钢的过冷奥氏体转变曲线珠光体转变马氏体转变贝氏体转变6.2钢在加热时的转变6.2.1奥氏体形成的热力学条件奥

3、氏体形成时系统总自由能变化为：以碳含量为.77%的共析钢为例奥氏体在高温形成，应变能较小，主要是界面能。只有当温度高于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱动力才能克服界面能，奥氏体才能自发形成。6.2钢在加热时的转变6.2.2奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程包括碳的扩散重新分布和铁的扩散晶格改组。铁素体0.02%C体心立方6.69%C复杂晶格渗碳体＋奥氏体0.77%C面心立方珠光体向奥氏体转变过程示意图共析钢由珠光体向奥氏体的转变的四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体均匀化。6.2钢在加热时的转变6.2.2奥氏体的形成

4、过程（1）奥氏体的形核共析钢奥氏体长大示意图奥氏体的形核通常优先发生在铁素体和渗碳体的界面。（2）奥氏体的长大碳在奥氏体中扩散，也在铁素体中扩散。奥氏体向铁素体中的长大速度比向渗碳体中的长大速度快很多，渗碳体剩余。6.2钢在加热时的转变6.2.2奥氏体的形成过程（3）剩余渗碳体溶解珠光体中铁素体的体积是渗碳体的7倍左右，而奥氏体向铁素体中长大速度是向渗碳体长大速度的10倍以上，所以在铁素体消耗完毕时，还有渗碳体剩余，需要继续保温或升温，使渗碳体全部溶入奥氏体，奥氏体的成分达到共析成分。（4）奥氏体均匀化继续加热，通过碳原子扩散，使奥

5、氏体中碳原子分布趋于均匀化。亚共析钢，过共析钢6.2钢在加热时的转变6.2.3奥氏体的形成速度共析钢加热到Ac1以上某一温度等温，奥氏体并不是立即出现，而是需要保温一定时间才开始形核，这段时间称为孕育期。这是因为原子扩散需要时间所致。奥氏体形核和长大需要的时间较短，而渗碳体溶解和奥氏体均匀化需要的时间相对较长。共析钢奥氏体等温形成图6.2钢在加热时的转变6.2.4影响奥氏体形成速度的因素随加热温度提高，原子扩散能力提高，两相自由能差增大，相变驱动力增大，奥氏体的形核速率和长大速度都提高，所以奥氏体的形成速度提高。（1）加热温度的影响

6、奥氏体的形核率和长大速度与加热温度的关系转变温度(℃)形核率(mm3s-1)长大速度(mms-1)转变一半所需时间(s)74022800.0005100760110000.019780515000.026380061600000.04116.2钢在加热时的转变6.2.4影响奥氏体形成速度的因素原始组织中碳化物分散度越大，铁素体和渗碳体的界面越多，形核率提高；珠光体片层间距越小，奥氏体中碳浓度梯度提高，碳原子扩散距离减小，都有利于奥氏体形成速度的加快。（2）原始组织的影响6.2钢在加热时的转变6.2.4影响奥氏体形成速度的因素钢中碳含

7、量提高，奥氏体形成速度加快。原因是铁素体与渗碳体相界面增加，碳扩散距离减小，碳浓度梯度增加，碳和铁的扩散系数增大。合金元素含量的影响比较复杂。强碳化物形成元素降低碳的扩散速度，使奥氏体形成速度降低；降低A1温度的元素，相对增大过热度，增大奥氏体形成速度；合金元素在奥氏体中的扩散速度很低，使奥氏体均匀化速度降低，影响奥氏体的形成速度。（3）化学成分的影响6.2钢在加热时的转变6.2.5奥氏体的晶粒大小及其影响因素奥氏体是等轴晶粒组织，其晶粒大小用晶粒度表示。晶粒大小有很多表示方法，对钢铁产品通常用晶粒度级别(N)表示晶粒大小：n=2N

8、-1。（1）奥氏体的晶粒度式中n表示放大100倍时，每平方英寸（6.45cm2）视野中观察到的平均晶粒数。N越小，晶粒越大。1－4级为粗晶粒，5－8级为细晶粒。6.2钢在加热时的转变6.2.5奥氏体的晶粒大小及其影响因素（1）奥氏体的