合金鋼中的相變

第三章合金鋼中的相變第一節(jié)合金元素對奧氏體形成的影響

第二節(jié)合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

第三節(jié)合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響一、合金鋼的加熱A化（Austenitingofalloysteel）第一節(jié)合金元素對奧氏體形成的影響

一、K在A中的溶解規(guī)律(RuleofKdissolution)K溶解影響到鋼熱處理工藝的制定，決定了鋼的組織與性能?；疽?guī)律：

1）K穩(wěn)定性越好，溶解度就越小，如圖4。2）溫度↓，溶解度↓，→沉淀析出；3）A中有較弱的K形成元素，則會↓C活度（ac），→↑K的溶解；非K形成元素（如Ni）則相反，↑ac，↓K的溶解。如：較多Mn的存在使VC的溶解溫度從1100℃降至900℃。4）K穩(wěn)定差的先溶解。Mn、Cr的K先溶解，V、Ti的K后溶解。如：MC型的溶解溫度>1100—1150℃，M7C3、M23C6>950℃。二、A體的均勻化（Averageausteniting）

A體剛形成時，C和Me的分布是不均勻的一般鋼的處理都要求有一定的均勻化。合金鋼加熱均勻化不僅是間隙原子C，置換原子Me也要比較均勻。因為Me擴(kuò)散比C慢得多，A體均勻化時間比較長，所以合金鋼加熱處理時的保溫時間比較長。三、A體晶粒長大（Austenitegraingrowth）

鋼在高溫情況下，A體晶粒容易長大。所謂鋼過熱敏感性就是晶粒長大問題。晶界呈形狀是穩(wěn)定態(tài)，它總是力圖向這方向進(jìn)行，球形的第2相要比其它形狀的要穩(wěn)定，所以鋼中的第2相也要不斷地向球形轉(zhuǎn)變。（烏龜殼、蜜蜂窩呈，什么原因）鋼加熱剛形成A時，晶粒形狀是不穩(wěn)定的，為降低系統(tǒng)的表面能，晶粒會長大，這是一個自發(fā)過程。

Me的作用（EffectofMeongraingrowth）：1）強(qiáng)K形成元素Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒長大，→∵有K存在和（或）↓DFe

；2）C、N、B↑晶粒長大→∵↑DFe

（↓Fe原子間結(jié)合力）；3）Mn在低C鋼中有細(xì)晶作用，其它鋼中都↑晶粒長大；4）用Al脫氧的鎮(zhèn)靜鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼→AlN、Al2O3穩(wěn)定細(xì)小→↓↓晶粒長大。5）Ni、Co、Cu作用不大。思考題：9、合金鋼的熱處理工藝與C鋼相比有什么不同?

第二節(jié)過冷A體的分解(Sub-coolingaustenitedecpmposition)一、過冷A體的穩(wěn)定性（Sub-coolingaustenitesteadiness）不同合金成分的“C”曲線形狀是不同的。按照不同的影響，可分為三類：1）非K形成元素Ni、Si和弱K形成元素Mn，大致保持C鋼的“C”曲線形狀，只是使“C”曲線向右作不同程度的移動；2）非K形成元素，不改變“C”曲線，但使“C”曲線左移；3）K形成元素，不僅使“C”曲線右移，并且改變了“C”曲線形狀。Me的不同作用，使“C”曲線出現(xiàn)了不同形狀，大致有五種（如圖5所示）：a)只有一個過冷A體最不穩(wěn)定的鼻子區(qū)，如：Ni、Si、Mn；圖5a)b)出現(xiàn)二個過冷A區(qū)最不穩(wěn)定的鼻子區(qū)，如：Cr、Mo、W、V等，GCr15、42CrMo是典型例子；圖5b)c)只有P轉(zhuǎn)變區(qū)，如Cr元素，不銹鋼2Cr13；圖5c)d)只有B轉(zhuǎn)變區(qū)，如W、Mo元素，鋼34CrNi3Mo；圖5d)e)無P、B轉(zhuǎn)變區(qū)，如Ni、Mn，不銹鋼1Cr18Ni9；圖5e)過冷A體穩(wěn)定性實際上有兩個意義：孕育期（incubationperiod）和相變速度。即“C”曲線中恒溫下開始轉(zhuǎn)變前的時間和轉(zhuǎn)變開始和終了的水平距離（時間）。一般生產(chǎn)中主要關(guān)心的是孕育期。孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度，轉(zhuǎn)變速度主要涉及新相晶粒的長大。二、過冷A體的P、B轉(zhuǎn)變(Sub-coolingausteniteP\Btransformation)在C鋼中P轉(zhuǎn)變形成的是Fe3C，只需要C的擴(kuò)散。而含K形成元素的合金鋼發(fā)生P轉(zhuǎn)變時，形成的是合金滲碳體或特殊K，還需要Me的擴(kuò)散。綜合影響的順序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si

。除Co、Al外，Me只要能溶入A體，都能推遲過冷A體向P體的轉(zhuǎn)變。貝氏體轉(zhuǎn)變時，只有C原子作短程擴(kuò)散，Me幾乎沒有擴(kuò)散。相變形成的是合金滲碳體，Me含量和A中的平均含量相近。所以，Me的作用主要是影響了相變驅(qū)動力和C的擴(kuò)散能力DC。影響的順序：Mn、Cr、Ni、Si

。而W、Mo、V等元素的影響很小。由以上分析可知；設(shè)計和生產(chǎn)上如需要獲得貝氏體組織，應(yīng)選用含Mo、W元素的鋼種。各種Me對Ms位置的影響程度是不同的。簡單地可用圖6所示的熱力學(xué)理論來解釋：由于Me對A、M的自由能相對變化作用不同，從而改變了T0的位置，也影響了Ms位置。1）當(dāng)↓GA（A1線），T0→，如：Mn、Cr、Ni；2）當(dāng)↑GM

，又↓GA

（M1和A1線），T0→，如：C；3）當(dāng)↑GA（A2線），T0→，如：Al、Co。所以，除了Al、Co外，所有Me加入A體中，都會使Ms↓，作用的強(qiáng)弱順序為：C、Mn、Ni、Cr、Mo、W。思考題：10、A形成元素擴(kuò)大γ區(qū)，穩(wěn)定A體，F(xiàn)形成元素縮小γ區(qū)，但除了Co、Al等少量元素外，幾乎所有Me都使“C”曲線右移，起了穩(wěn)定過冷A體的作用，如何理解?11、Me使“C”曲線右移，即使所謂的“孕育期”變長，“孕育期”的物理意義是什么?12、W、Mo等元素對貝氏體轉(zhuǎn)變影響不大，而對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用大，如何理解?13、對一般結(jié)構(gòu)鋼的成分設(shè)計時，要考慮其MS點不能太低，為什么?

第三節(jié)合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響

一、M分解

二、回火時K的形成三、AR的轉(zhuǎn)變四、對鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響回火溫度的升高－回火組織發(fā)生變化、體積發(fā)生變化、硬度（馬氏體比容最大）回火馬氏體－回火屈氏體－回火索氏體

T一、對M分解的影響低溫回火時，C和Me的擴(kuò)散比較困難，Me的影響不大。中溫以上，Me的活動能力增強(qiáng)，對M體分解產(chǎn)生不同程度的影響：1）Ni、Mn的影響很小；2）K形成元素阻止M分解，阻止了滲碳體的析出長大；3）Si比較特殊：<300℃時強(qiáng)烈延緩M分解。Si

、Fe的結(jié)合力>Fe、C。含2%Si能使M分解溫度從260℃提高到350℃以上。二、提高殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍

二次淬火：在K形成元素含量較高的合金鋼中，rR量較多,隨著回

火溫度的升高，不斷有K析出，rR中C及Me貧化，Ms點升高。若

重新冷卻，部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使硬度增加。

三、特殊K形成

沉淀硬化（二次硬化）：在高合金鋼中，由于Ti、V、Mo、W等在

500～600度范圍內(nèi)回火時，將沉淀析出這些元素的特殊K，因此硬度不但

不下降，反而再次升高。

四、對鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響

大部分Me延緩鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的過程。Co、Mo、W、Cr、V顯著提高，

Si、Mn次之，Ni較小。第四節(jié)合金元素對回火脆性的影響

（

Temperedbrittleness）1、第1類回火脆性（低溫回火脆性，不可逆回火脆性）特征：①不可逆；②與回火后冷速無關(guān)；③晶界脆斷。產(chǎn)生原因：200-350℃時，①Fe3C薄膜在晶界形成，↓晶界強(qiáng)度；②雜質(zhì)元素P、S、Bi等偏聚于晶界，↓晶界強(qiáng)度。Me作用：Mn、Cr促進(jìn)脆性；

V、Al可改善脆性；

Si推遲脆性溫度區(qū)。

2、第2類回火脆性(高溫回火脆性，可逆回火脆性）特征：①可逆；②回火后慢冷產(chǎn)生，快冷抑制；③晶界脆斷。產(chǎn)生原因：450-650℃時，雜質(zhì)元素Sb、S、As等偏聚于晶界；或N、P、O等雜質(zhì)元素偏聚于晶界，形成網(wǎng)狀或