第4节钢的加热转变

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1、金属材料学MetalMaterialandHeatTreatment主讲教师：曾燕屏2011年9月26日北京科技大学曾燕屏第二章金属材料的固态转变2011年9月26日北京科技大学曾燕屏§2-1钢的加热转变图2-1铁碳相图2011年9月26日北京科技大学曾燕屏一、奥氏体形成的热力学条件图2-2共析钢中奥氏体(γ)和珠光体(P)的自由能随温度变化的曲线(示意图)2011年9月26日北京科技大学曾燕屏形成奥氏体核心时，系统总自由能变化ΔG为：ΔG=−ΔGv+ΔGs+ΔGe式中：òΔGv为奥氏体与珠光体之间体积自由能之差；òΔG

2、s为形成奥氏体核心时所增加的表面能；òΔGe为形成奥氏体核心时所增加的应变能。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏要使珠光体自发地形成奥氏体，必须ΔG≤0，即：ΔGv≥ΔGs+ΔGe由此可见，奥氏体的形成必须在A1点以上即在一定的过热度下才能发生。同理，冷却时奥氏体向珠光体的转变也必须在一定的过冷度下才能发生。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏为便于区别起见，通常把钢加热时的临界点加注“C”字，分别写成AC1、AC3、Accm；而把冷却时的临界点加注“r”字，分别写成Ar1、Ar3、Arcm等。但Accm与Arcm

3、不常用，通常只写成Acm，不再加注表示加热或冷却的字母。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏实际热处理时，Ac1、Ac3、Accm(或Ar1、Ar3、Arcm)点是随加热(或冷却)速度而改变的。加热(或冷却)速度愈大，这些点偏离平衡位置愈远，即过热度(或过冷度)愈大。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏二、奥氏体形成的机理1.奥氏体晶核的形成(α+FeC)→γ30.0218%C6.69%C0.77%C体心立方复杂斜方面心立方2011年9月26日北京科技大学曾燕屏奥氏体晶核在铁素体和渗碳体相界面处较易形成，其原因为：(

4、1)在铁素体和渗碳体两相界面处，碳浓度相差较大，有利于获得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；(2)在铁素体和渗碳体两相界面处，原子排列不规则，铁原子有可能通过短程扩散由旧相的点阵向新相的点阵转移，促使奥氏体成核；(3)在铁素体与渗碳体两相界面处形核是在已有的界面上形核，形核时只是将原有界面变为新界面，总的界面能变化较小，需要消耗的应变能也较小，并且两相界面处畸变能较高。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏2.奥氏体晶体的长大图2-3共析钢奥氏体形成时各相碳浓度的分布2011年9月26日北京科技大学曾燕屏3.残留碳化物的溶解4

5、.奥氏体成分均匀化图2-4珠光体向奥氏体等温转变过程示意图5.亚(或过)共析钢中奥氏体的形成2011年9月26日北京科技大学曾燕屏三、奥氏体等温形成动力学为了获得各温度下奥氏体的形成速度：ò将共析碳钢小试样迅速加热到Ac1以上不同温度，如730℃、745℃、765℃、800℃等等；ò在每一个温度下保持一系列不同时间，如1、10、40、100、……s；ò在盐水中急冷到室温；2011年9月26日北京科技大学曾燕屏ò测出上述各个试样中马氏体的数量，这些马氏体量就相当于高温下所形成的奥氏体量。ò根据所测结果，作出各温度下奥氏体形

6、成量和时间的关系曲线，即为奥氏体等温形成动力学曲线。ò为便于使用，通常把不同温度下转变相同数量所需的时间绘在温度―时间图上，此即为奥氏体等温形成图。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏图2-5奥氏体等温形成动力学曲线(示意图)2011年9月26日北京科技大学曾燕屏图2-6共析碳钢奥氏体等温形成图2011年9月26日北京科技大学曾燕屏从图2-5和2-6可以看出：(1)在高于Ac1温度保温时，奥氏体并不立即形成，而是需要经过一定孕育期之后才开始形成。温度愈高，孕育期愈短。(2)奥氏体形成速度在整个过程中是不同的，开始时速度

7、较慢，以后速度逐渐加大，当奥氏体形成量大于50%以后，速度又开始减慢。(3)温度愈高，形成奥氏体所需要的全部时间愈短，即奥氏体形成速度愈快。(4)在整个奥氏体形成过程中，残留碳化物的溶解，特别是成分均匀化所需的时间最长。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏四、奥氏体晶粒长大规律1.奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种尺度，在研究奥氏体晶粒时，首先要区分三种晶粒度的概念。(1)初始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏(2)实际晶粒度：

8、是指在某一具体加热或热加工条件下最终所得的奥氏体晶粒尺寸。(3)本质晶粒度：是根据冶金部标准YB27-64规定，将钢加热到930±10℃，保温3~8小时后，以适当方式冷却，在室温下测定的高温奥氏体晶粒大小。它表示各种钢奥氏体晶粒的长大趋势。2011年9月26日北京科技大学曾燕屏晶粒容易长大的称为本质粗晶粒钢，晶粒不容