CH3.2鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變PPT(11級)剖析.ppt

1,2020/5/17,3.2鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變,1.原始組織為平衡態(tài)組織時的加熱轉(zhuǎn)變2.原始組織為不平衡態(tài)組織時的加熱轉(zhuǎn)變,2,2020/5/17,GV0，T0，P、平衡GV0，P滿足條件；因此，奧氏體形成的熱力學(xué)條件：必須在一定的過熱度（TA1）條件下才能發(fā)生。,奧氏體形成的體系自由能：G=-GVGSGe發(fā)生轉(zhuǎn)變時：tA1(727)，A1即奧氏體轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)。實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度與臨界點(diǎn)A1之差稱為過熱度，過熱度越大，驅(qū)動力也越大，轉(zhuǎn)變也越快。,3.2.1奧氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)和形成溫度范圍,1.奧氏體形成的熱力學(xué)條件,3,2020/5/17,2.奧氏體形成的溫度范圍鋼的熱處理依據(jù)之一是Fe-Fe3C相圖實(shí)際加熱理論溫度實(shí)際冷卻Ac1、A1（PSK線）、Ar1Ac3、A3（GS線）、Ar3Accm、Acm（ES線）、Arcm,4,2020/5/17,3.2.2奧氏體轉(zhuǎn)變機(jī)制,共析鋼的原始組織為片狀珠光體。當(dāng)加熱到Ac1以上保溫時，將全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這一轉(zhuǎn)變過程由下式表示：P（Fe3C）含碳量：0.0218%6.69%0.77%結(jié)構(gòu)：體心立方正交晶格面心立方這一過程由鐵的晶格改組和鐵、碳原子的擴(kuò)散，它包括以下四個階段：奧氏體形核、奧氏體核的長大、剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化。,共析鋼奧氏體形成過程示意圖,5,2020/5/17,一.奧氏體晶核的形成,1.形核條件：奧氏體晶核的形成條件是系統(tǒng)的能量、結(jié)構(gòu)和成分起伏。2.形核位置：(a)/Fe3C界面（優(yōu)先位置、通過擴(kuò)散機(jī)制）；(b)珠光體團(tuán)交界處；(c)先共析/珠光體團(tuán)交界處。3.優(yōu)先在鐵素體與滲碳體相界面處形核的原因：（a）界面上存在碳的濃度起伏、結(jié)構(gòu)起伏；易滿足形成奧氏體所需的碳濃度；（b）界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏；此處原子排列紊亂，位錯、空位濃度較高，易滿足形成奧氏體所需的能量（c）有Fe3C溶解后的補(bǔ)充碳原子。4.有時在鐵素體內(nèi)部也能形核，只要滿足：(a)溫度高，提供足夠的相變驅(qū)動力；(b)有嵌鑲塊，提供足夠的濃度條件和晶核尺寸。5.奧氏體形核有鐵原子和碳原子擴(kuò)散機(jī)制。,6,2020/5/17,一.奧氏體晶核的形成,共析鋼奧氏體的形核（a）20s（b）25s（c）26s（d）30s（2000）,0.95%C-2.61%Cr鋼在800加熱時奧氏體形成的TEM照片（a）奧氏體在滲碳體/鐵素體界面形核；（b）奧氏體在珠光體團(tuán)的邊界形核。,形核觀察,7,2020/5/17,二.奧氏體晶核長大,奧氏體晶核形成之后，長大便開始了。其奧氏體核的長大是依靠碳原子的擴(kuò)散、奧氏體兩側(cè)界面向鐵素體及滲碳體推移來進(jìn)行的。長大過程是通過Fe3C向中溶解、碳原子在和中的擴(kuò)散、的晶格改組、兩側(cè)界面（/界面和Fe3C/界面）分別向和Fe3C中推移等過程來進(jìn)行的。奧氏體長大是碳原子擴(kuò)散控制的。,8,2020/5/17,1.碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散由圖所示，設(shè)在溫度t1，在與Fe3C交界面形成核。由于晶核中與交界處碳含量C-C-,這使得在奧氏體中出現(xiàn)了碳的濃度梯度，引起碳在奧氏體中由高濃度的Fe3C/相界面向低濃度的/相界面擴(kuò)散。隨著碳在奧氏體中的擴(kuò)散，破壞了原先相界面處碳濃度的平衡，即造成靠近鐵素體一側(cè)奧氏體的碳濃度增高（C-），靠近滲碳體一側(cè)奧氏體的碳濃度降低（AC3：+P+2、過共析鋼：過共析鋼的原始組織為Fe3C+P，加熱后的轉(zhuǎn)變?nèi)缦拢篢AC1及TAccm：Fe3C+PFe3C+3、在AC3(Accm)以上，亞(過)共析鋼中的先共析組織轉(zhuǎn)變（a）通過碳原子在奧氏體中擴(kuò)散而進(jìn)行的。（b）不形成新核，是通過原有奧氏體長大向先共析組織而完成。,27,2020/5/17,非共析鋼奧氏體等溫形成的動力學(xué)特點(diǎn)：非共析鋼奧氏體等溫形成的動力學(xué)圖也包括四個過程：奧氏體形核，奧氏體長大，剩余滲碳體溶解，奧氏體成分均勻化。過共析鋼奧氏體等溫形成的動力學(xué)圖與共析鋼的相同，只有剩余滲碳體全部溶解和奧氏體成分均勻化更長；亞共析鋼的與共析鋼的相比，其奧氏體等溫形成的動力學(xué)圖在第1、2線之間多了一條先共析鐵素體溶解開始線。但亞共析鋼奧氏體等溫形成的動力學(xué)要比共析鋼奧氏體等溫形成的動力學(xué)復(fù)雜。,28,2020/5/17,影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素包括溫度、原始組織、含碳量和合金元素。,3.2.4奧氏體轉(zhuǎn)變的影響因素,29,2020/5/17,1、加熱溫度的影響T，J，V長大，因此使V，形核與長大速度均增大，轉(zhuǎn)變速度均增大。在各種影響因素中，溫度的作用最為強(qiáng)烈。,奧氏體形核（J）和線生長速度（V）與溫度的關(guān)系,30,2020/5/17,2、原始組織的影響原始組織中碳化物的形狀、分散度對奧氏體形成速度都有影響。（1）片狀珠光體較粒狀珠光體形成奧氏體的速度快。原始組織愈細(xì)，片層薄，擴(kuò)散距離小，奧氏體中濃度梯度大，易于擴(kuò)散轉(zhuǎn)變，速度加快（2）原始組織越細(xì)、奧氏體形成速度快。如果鋼的化學(xué)成分相同，原始組織中碳化物的分散度越大相界面越多，形核率便越大;（3）非平衡組織較平衡組織形成奧氏體的速度快。,31,2020/5/17,3.化學(xué)成分的影響主要是碳和合金元素。合金鋼的奧氏體形成過程基本上與碳鋼相同，合金元素不改變奧氏體形成的機(jī)制，但影響奧氏體的形成速度。（1）碳鋼中碳含量愈高，奧氏體的形成速度越快。,（2）合金元素（Me）合金元素的影響在于以下幾個方面：合金元素會影響碳在鋼中的擴(kuò)散速度。碳化物形成元素Cr、Mo、W、Ti、V等，降低碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，使奧氏體的形成速度大大減慢；非碳化物形成元素Co、Ni增大碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，使奧氏體的形成速度加快；Si、Al、Mn影響不大。對相變臨界點(diǎn)的影響。合金元素改變臨界點(diǎn)A1、A3、Acm的位置，并使它們成為一個溫度范圍。對一定的轉(zhuǎn)變溫度來說，改變臨界點(diǎn)也就是改變了過熱度，因而影響轉(zhuǎn)變速度。,32,2020/5/17,對碳化物溶解度和碳化物的穩(wěn)定性的影響。Me改變了鋼的臨界點(diǎn)和碳在奧氏體中的溶解度，改變了過熱度和碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，從而影響奧氏體的形成速度。如W、Mo等強(qiáng)碳化物形成元素形成的特殊碳化物不易溶解，將使奧氏體形成速度減慢。通過改變碳化物的穩(wěn)定性影響奧氏體的形成速度。奧氏體形成后，要使穩(wěn)定性高的碳化物完全分解并固溶于奧氏體中，需要進(jìn)一步提高加熱溫度，這類合金元素也將使奧氏體化的時間延長。對原始組織的影響。合金元素通過對原始組織的影響來影響奧氏體的形成速度。如合金元素Ni、Mn等使珠光體細(xì)化，有利于奧氏體的形成。合金鋼的奧氏體成分均勻化過程還需要合金元素的擴(kuò)散，合金元素的擴(kuò)散速度很小，僅是碳擴(kuò)散速度的千分之幾，因此，合金鋼的奧氏體成分均勻化時間比碳鋼更長。,33,2020/5/17,本節(jié)小結(jié),本節(jié)主要介紹：奧氏體形成的熱力學(xué)條件，共析鋼的珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變四個過程及轉(zhuǎn)變機(jī)制(長大機(jī)制)。奧氏體的形成是受擴(kuò)散控制的。奧氏體等溫形成動力學(xué)及轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖。非共析鋼的奧氏體的形成動力學(xué)與共析鋼的奧氏體的形成異同點(diǎn)。奧氏體形核率和奧氏體線長大速度的經(jīng)驗(yàn)公式。影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素及如何影響？合金鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)。,34,2020/5/17,本節(jié)思考題,1.發(fā)生奧氏體形成的熱力學(xué)條件是什么？2.共析鋼的珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變屬于何種轉(zhuǎn)變？繪圖說明共析鋼奧氏體的形成過程，并說明其轉(zhuǎn)變機(jī)制。3.共析鋼的奧氏體化過程中，為什么鐵素體會先消失，而滲碳體會殘留下來？非共析鋼的奧氏體的形成與共析鋼的奧氏體的形成有哪些異同？4.共析碳鋼奧氏體等溫形成動力學(xué)有什么特點(diǎn)？采用哪些方法可以研究奧