第二章--钢中奥氏体的形成ppt课件

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二章第二章 钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成 钢的的热处理理过程程中中将将改改变钢的的组织结构构及及性性能能，而而在在钢的的热处理理过程程中中大大部部分分需需要要加加热到到临界界点点以以上上进行行奥奥氏氏体体化化，然然后后以以不不同同的的冷冷却却速速度度和和工工艺进行行冷冷却却获得不同的得不同的组织和性能。和性能。钢坯加热钢坯加热1材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系第二章 钢中奥氏体的形成 钢的热处理过程中将改变钢的L O G O奥奥氏氏体体化化是是获获得得某某种种性性能能的的手手段段而而不不是是目目的的，但但奥奥氏氏体体化化过过程程中中发发生生的的现现象象将将影影响响随随后后组组织织结结构构及及性性能能。因因此此研研究究有有实实际际意意义义和理论价值。和理论价值。图图 2-1 奥氏体金相组织奥氏体金相组织奥氏体显微组织奥氏体显微组织（晶内有孪晶）（晶内有孪晶）1000 2 奥氏体化是获得某种性能的手段而不是目的，但奥我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.1 奥氏体的结构、组织和性能奥氏体的结构、组织和性能2.1.1 奥氏体奥氏体的结构及其存在范围的结构及其存在范围图图2-2 奥氏体的单胞奥氏体的单胞n 奥奥氏氏体体是是碳碳溶溶于于-Fe 中中的的间间隙固溶体隙固溶体n 碳碳原原子子位位于于八八面面体体间隙隙中中心心，即即FCC晶胞的中心或棱晶胞的中心或棱边的中点的中点n 八面体八面体间隙半径隙半径 0.52 碳原子半径碳原子半径 0.77 点点阵畸畸变3材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.1 奥氏体的结构、组织和性能2.1.1 奥氏体的结构及我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-3奥氏体点阵常数与碳含量的关系奥氏体点阵常数与碳含量的关系碳含量与点阵常数的关系碳含量与点阵常数的关系 碳原子的溶入使的碳原子的溶入使的-Fe点阵发生畸变，点常数点阵发生畸变，点常数增大。溶入的碳愈多，点增大。溶入的碳愈多，点阵常数愈大。如图所示阵常数愈大。如图所示4材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-3 奥氏体点阵常数与碳含量的关系碳含量与点阵常数的关系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-4 Fe-C 相图相图n 奥奥 氏氏 体体 相相 区区：NJESGN包围的区域包围的区域 GS线线-A3线线 ES线线-Acm线线 PSK线线-A1线线n 碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的最最大大溶溶 解解 度度 为为 2.11wt%(10at%)n 碳碳原原子子的的溶溶入入使使-Fe的的点点阵阵畸畸变变，点点阵阵常常数数随碳含量的增加而增大随碳含量的增加而增大5材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-4 Fe-C 相图 奥氏体相区：NJESGN包围我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.1.2 奥氏体的性能奥氏体的性能n 奥奥氏氏体体的的比比容容最最小小，线线膨膨胀胀系系数数最最大大，且且为为顺顺磁磁性性（无无磁磁性性）。利利用用这这一一特特性性可可以以定定量量分分析析奥奥氏氏体体含含量量，测测定定相相变变开开始始点点，制制作作要要求求热热膨膨胀胀灵灵敏的仪表元件。敏的仪表元件。n 奥奥氏氏体体的的导导热热系系数数较较小小，仅仅比比渗渗碳碳体体大大。为为避避免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。n 奥奥氏氏体体塑塑性性很很好好，S 较较低低，易易于于塑塑性性变变形形。故故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。6材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.1.2 奥氏体的性能6材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.2 奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件图图2-5 自由能和温度关系图自由能和温度关系图G=V Gv+S+V Gs (2-1)n 相相变变必必须须在在一一定定的的过过热热度度T下下，使使得得GV 0，才才能能得得到到G0。所所以以相相变变必必须须在在高高于于 A1 的的某某一一温温度度下下才才能能发发生生，奥奥氏氏体才能开始形核。体才能开始形核。7材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.2 奥氏体形成的热力学条件图2-5 自由能和温度关系图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物从能量方程可以看出从能量方程可以看出：当当T10G0珠光体不能转变为奥氏体；珠光体不能转变为奥氏体；当当T1=T0时，时，GV=G-GP=0G0珠光体不能转变为奥氏体；珠光体不能转变为奥氏体；当当T1T0时，时，GV=G-GP0G Cr-，浓度差度差 dC=Cr-c -Cr-将在奥氏体内将在奥氏体内产产生生扩扩散散 Cr-Cr-；Cr-c Cr-c 相界面上的平衡相界面上的平衡浓浓度被打破度被打破 为了恢复并了恢复并维持相界面上的平衡持相界面上的平衡浓度度 点点阵阵重构重构，向，向方向方向长长大，大，Cr-Cr-Fe3C向向中溶解，向中溶解，向Fe3C方向方向长大，大，Cr-c Cr-c 16材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系 奥氏体在/Fe3C相界面上形核后，将产生三相平衡，产我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物17 3 3）剩余渗碳体的溶解）剩余渗碳体的溶解 实实验验表表明明在在珠珠光光体体向向奥奥转转变变过过程程中中，铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体并并不不是是同同时时消消失失，而而总总是是铁铁素素体体首首先先消消失失，将将有有一一部部分分渗渗碳碳体体残残留留下下来来。这这部部分分渗渗碳碳体体在在铁铁素素体体消消失失后后，随随着着保保温温时时间间的的延延长长或或温温度度的的升升高高，通通过过碳碳原原子子的的扩扩散散不不断断溶溶入入奥奥氏氏体体中中。一一旦旦渗渗碳碳体体全全部溶入奥氏体中，这一阶段便告结束。部溶入奥氏体中，这一阶段便告结束。碳碳化化物物溶溶入入A的的机机理理，现现在在还还不不十十分分清清楚楚，有有人人认认为为是是通通过过碳碳化化物物中中的的碳碳原原子子向向奥奥氏氏体体中中扩扩散散和和Fe原原子子向向贫贫碳碳的的渗渗碳碳体体区区扩扩散散，以以及及Fe3C向向A晶晶体体点阵改组来完成的。点阵改组来完成的。17材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系17 3）剩余渗碳体的溶解 17材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物18 为什什么么铁素素体体和和渗渗碳碳体体不不能能同同时消消失失，而而总有有部分渗碳体剩余？部分渗碳体剩余？按按相相平平衡衡理理论论，从从Fe-Fe3C相相图图可可以以看看出出，在在高高于于AC1温温度度，刚刚刚刚形形成成的的奥奥氏氏体体，靠靠近近Cem的的C浓浓度度高高于于共共析析成成分分较较少少，而而靠靠近近F处处的的C浓浓度度低低于于共共析析成成分分较较多多（即即ES线线的的斜斜率率较较大大，GS线线的的斜斜率率较较小小）。所所以以，在在奥奥氏氏体体刚刚刚刚形形成成时时，即即F全全部部消消失失时时，奥奥氏氏体体的的平平均均C浓浓度度低低于于共共析析成成分分，这这就就进进一一步步说说明明，共共析析钢钢的的P刚刚刚刚形形成成的的A的的平平均均碳碳含含量量降降低低，低低于于共共析析成成分分，必必然然有有部部分分碳碳化化物物残残留留，只只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。18材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系18 为什么铁素体和渗碳体不能同时消失，而总有部我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物19 4 4）奥氏体成分均匀化）奥氏体成分均匀化 珠珠光光体体转转变变为为奥奥氏氏体体时时，在在残残留留渗渗碳碳体体刚刚刚刚完完全全溶溶入入奥奥氏氏体体的的情情况况下下，C在在奥奥氏氏体体中中的的分分布布是是不不均均匀匀的的。原原来来为为渗渗碳碳体体的的区区域域碳碳含含量量较较高高，而而原原来来是是铁铁素素体体的的区区域域，碳碳含含量量较较低低。这这种种碳碳浓浓度度的的不不均均匀匀性性随随加加热热速速度度增增大大而而越越加加严严重重。因因此此，只只有有继继续续加加热热或或保保温温，借借助助于于C原原子子的的扩扩散散才才能能使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。19材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系19 4）奥氏体成分均匀化 19材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物20 以上共析碳以上共析碳钢珠光体向奥氏体等温形成珠光体向奥氏体等温形成过程，程，可以用下图形象地表示出来。可以用下图形象地表示出来。20材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系20 以上共析碳钢珠光体向奥氏体等温形成过程，可以用我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物21 21材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系21 21材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4 奥氏体形成的动力学奥氏体形成的动力学2.4.1 形核率形核率n 为为了了满满足足形形核核的的热热力力学学条条件件，需需依依靠靠能能量量起起伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获n得能量涨落的几率因子得能量涨落的几率因子 成正比。成正比。n 为为了了达达到到奥奥氏氏体体晶晶核核对对成成分分的的要要求求，需需要要原原子越过能垒，经扩散富集到形核区，所以应与子越过能垒，经扩散富集到形核区，所以应与n原子扩散的几率因子原子扩散的几率因子 成正比。成正比。22材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.4 奥氏体形成的动力学2.4.1 形核率 为了满足形我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物23 第二章 奥氏体转变n（1 1）奥氏体的形核率）奥氏体的形核率 n研究指出，在奥氏体均匀形核条件下，形核率研究指出，在奥氏体均匀形核条件下，形核率N和温和温度之间的关系可以表示为：度之间的关系可以表示为：nnnC-常数；常数；Gm-扩散激活能；扩散激活能；T-绝对温度；绝对温度；K-波尔茨曼常数；波尔茨曼常数；G*-临界形核功，在忽略应变能时，临界形核功，在忽略应变能时，A-常数；常数；-奥氏体与旧相的界面能；奥氏体与旧相的界面能；GV-奥氏体与旧相之间单位体积自由能之差；奥氏体与旧相之间单位体积自由能之差；23材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系23 第二章 奥氏体转变（1）奥氏体的形核率 C-常数；我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物与与结晶不同的是，晶不同的是，PA的相的相变，是在升高温度，是在升高温度下下进行的相行的相变。1）因温度升高，形核率）因温度升高，形核率N以指数关系迅速增加；以指数关系迅速增加；2）因因GV随随温温度度升升高高而而增增大大，使使 G*减减小小，使使N进进一步增大；一步增大；3）随随温温度度升升高高原原子子扩扩散散速速度度加加快快，不不仅仅有有利利于于铁铁素素体体向向奥奥氏氏体体点点阵阵改改组组，而而且且也也促促进进渗渗碳碳体体溶溶解解，这这也加速奥氏体的形核；也加速奥氏体的形核；4）随随温温度度升升高高铁铁素素体体的的C%沿沿QP线线增增加加，另另一一方方面面奥奥氏氏体体在在铁铁素素体体中中形形核核时时所所需需的的碳碳浓浓度度沿沿SG而而降降低低，结结果果减减小小了了奥奥氏氏体体形形核核所所需需要要的的碳碳的的浓浓度度起起伏伏，促促进奥氏体的形核。进奥氏体的形核。24材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系与结晶不同的是，PA的相变，是在升高温度下进行的相变。1）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2 2）奥氏体晶体的）奥氏体晶体的线长大速度大速度 关关于于奥奥氏氏体体晶晶体体的的长长大大速速度度，有有不不少少研研究究者者利利用用扩散规律导出一些计算公式，具有代表性的如下：扩散规律导出一些计算公式，具有代表性的如下：碳在铁素体和奥氏体中的扩散系数；碳在铁素体和奥氏体中的扩散系数；铁铁素素体体和和奥奥氏氏体体界界面面处处碳碳在在铁铁素素体体和和奥奥氏体中的浓度梯度；氏体中的浓度梯度；奥奥氏氏体体与与铁铁素素体体相相界界面面间间的的碳碳浓浓度度差差;负号表示下坡扩散。负号表示下坡扩散。25材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系（2）奥氏体晶体的线长大速度碳在铁素体和奥氏体中的扩散系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物26 第二章 奥氏体转变 由由于于碳碳在在铁铁素素体体中中的的浓浓度度梯梯度度很很小小，可可近近似似看看作作是是0。上式可以改写为：。上式可以改写为：利利用用碳碳在在渗渗碳碳体体中中的的浓度度梯梯度度等等于于零零的的特特点点，可可得界面向渗碳体中推移的速度表达式：得界面向渗碳体中推移的速度表达式：渗碳体与奥氏体相界面间的碳浓度差。渗碳体与奥氏体相界面间的碳浓度差。碳在奥氏体中的浓度梯度。碳在奥氏体中的浓度梯度。26材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系26 第二章 奥氏体转变 由于碳在铁素体中的浓度梯度很我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物27 第二章 奥氏体转变1）温温度度升升高高，扩扩散散系系数数D（）增增大大，同同时时奥奥氏氏体体的的两两相相界界面面之之间间碳碳浓浓度度差差Cr-cem-Cr-a增增加加，增增大大了了碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的浓浓度度梯梯度度，从从而而使使奥奥氏氏体体的的长大速度加快；长大速度加快；2）温温度度升升高高，在在铁铁素素体体中中有有利利于于奥奥氏氏体体形形核核的的部部位位增增加加，原原子子的的扩扩散散距距离离相相对对缩缩短短了了，同同样样有有利利于奥氏体的长大；于奥氏体的长大；3）温温度度升升高高，奥奥氏氏体体与与铁铁素素体体相相界界面面处处的的碳碳浓浓度度差差Cr-a-Ca-r以以及及渗渗碳碳体体与与奥奥氏氏体体相相界界面面处处的的碳碳浓浓度度差差Ccem-r-Cr-cem均均减减小小，因因此此也也会会加加速速奥奥氏氏体体晶晶体体长大。长大。27材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系27 第二章 奥氏体转变 1）温度升高，扩散系数D我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物28 第二章 奥氏体转变 综上上所所述述：奥奥氏氏体体形形成成时，升升高高温温度度（或或增增加加过热度度）始始终是是有有利利于于奥奥氏氏体体形形成成的的，所所以以加加热温温度度越越高高，奥奥氏氏体体形形成成的的孕孕育育期期以以及及整整个个相相变过程程所所需需时间越越短短，即即奥奥形形成成速速度度越越快快。换言言之之：随随温温度度的的升升高高（或或过热度度的的增增大大）奥奥氏氏体体的的形形成成是是加加速的。速的。28材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系28 第二章 奥氏体转变 综上所述：奥氏体形成时，升高我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物29 第二章 奥氏体转变3 3）奥氏体等温形成）奥氏体等温形成动力学曲力学曲线（1 1）共析碳）共析碳钢奥氏体等温形成奥氏体等温形成图建立建立 试样：厚试样：厚2mm左右，直径约为左右，直径约为10mm的小圆片；的小圆片；原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态；原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态；温温度度：在在AC1以以上上设设定定不不同同的的温温度度，如如730、745、765、；时时间间：在在每每个个温温度度下下保保持持一一系系列列时时间间，如如1S、5S、10S、20S、；冷却：在盐水中急冷到室温；冷却：在盐水中急冷到室温；观观察察：在在显显微微镜镜下下测测出出试试样样中中马马氏氏体体的的数数量量（相相当当于于高高温下奥氏体的数量）；温下奥氏体的数量）；做做图图：做做出出每每个个温温度度下下奥奥氏氏体体形形成成量量和和保保温温时时间间的的关关系系曲线，即得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。曲线，即得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。二节奥氏体形成动力学29材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系29 第二章 奥氏体转变3）奥氏体等温形成动力学曲线 二节 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物30 第二章 奥氏体转变为为方方便便，通通常常把把不不同同温温度度下下转转变变转转变变相相同同数数量量所所需需时时间间，综综合合在在温温度度和和时时间间坐坐标标系系内内，这这样样就就得得到了奥氏体等温形成图。到了奥氏体等温形成图。共析碳钢奥氏体等温形成图共析碳钢奥氏体等温形成图30材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系30 第二章 奥氏体转变 为方便，通常把不同温度下转变转变相我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物31 第二章 奥氏体转变（2 2）奥氏体等温形成的特点）奥氏体等温形成的特点 在在高高于于AC1温温度度保保温温时时，奥奥氏氏体体并并不不立立即即形形成成，而而是是需需要要经经过过一一定定时时间间后后，才才开开始始形形成成。温温度度越越高高，所需时间越短。通常称为所需时间越短。通常称为孕育期孕育期。孕孕育育期期：从从保保温温开开始始到到转变开开始始的的这段段时间称称为孕孕育育期期。孕孕育育期期的的实实质质是是相相变变的的准准备备阶阶段段，是是所所有扩散型相变的共同特点。有扩散型相变的共同特点。奥奥氏氏体体形形成成速速度度在在整整个个过过程程中中是是不不同同的的，开开始始时时速速度度较较慢慢，以以后后逐逐渐渐加加快快；在在转转变变量量达达到到50%时时，转转变变速速度度达达到到极极大大值值，以以后后转转变变速速度度又又开开始始逐逐渐渐减减慢。慢。31材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系31 第二章 奥氏体转变（2）奥氏体等温形成的特点 31材料我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物32 第二章 奥氏体转变温温度度越越高高，奥奥氏氏体体形形成成所所需需的的全全部部时时间间越越短短，即即奥奥氏氏体体的的形形成成速速度度越越快快。换换言言之之，随随温温度度升升高高，奥奥氏体形成始终是加速的。氏体形成始终是加速的。在在奥奥氏氏体体刚刚形形成成后后，还需需一一段段时间使使残残留留碳碳化化物溶解和奥氏体成分均匀化。物溶解和奥氏体成分均匀化。温度，温度，共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875退火）退火）32材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系32 第二章 奥氏体转变温度越高，奥氏体形成所需的全部时间我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物33 第一章 奥氏体转变（3）过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形成图）过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形成图 过共析碳钢：原始组织为过共析碳钢：原始组织为P+Cem，且且P的数量随钢的的数量随钢的C%增加而减少。增加而减少。亚共析碳钢：原始组织为亚共析碳钢：原始组织为P+F，且且P的数量随钢的的数量随钢的C%增加而增加。增加而增加。33材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系33 第一章 奥氏体转变（3）过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物34 第二章 奥氏体转变（a）过共析钢（）过共析钢（WC1.2%）奥氏体等温形成图）奥氏体等温形成图（b）亚共析钢（）亚共析钢（WC0.45%）奥氏体等温形成图）奥氏体等温形成图34材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系34 第二章 奥氏体转变（a）过共析钢（WC1.2%）奥氏体我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物35 2)2)奥氏体等温形成奥氏体等温形成动力学的分析力学的分析 奥奥氏氏体体等等温温形形成成动动力力学学图图示示出出的的温温度度升升高高奥奥氏氏体体形形成成速速度度加加快快的的规规律律，是是由由于于随随着着温温度度升升高高奥奥氏氏体体的的形形核核率率和和长长大大速速度度均均增增加加的的缘缘故故。有有人人做做过过试试验验，把把奥奥氏氏体体的的形形成成温温度度从从740提提高高到到800时时，奥奥氏氏体体的的形形核核率率N增增加加270倍倍，而而长长大大速速度度G增增加加了了80倍倍。因因此此，随随着着温温度度升升高高，奥奥氏氏体体形形成成速速度度迅迅速速增加。增加。35材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系35 2)奥氏体等温形成动力学的分析 35材料成型与控制工程我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物36 四、影响奥氏体形成速度的因素四、影响奥氏体形成速度的因素（1 1）温度）温度 形成温度升高，形成温度升高，N的增长速率高于的增长速率高于G的增长速率，的增长速率，N/G增大，可获得细小的起始晶粒度。增大，可获得细小的起始晶粒度。形成温度升高，形成温度升高，G/Gk 增大，铁素体消增大，铁素体消失时，剩余渗碳体量增大，形成奥氏体的平均碳含失时，剩余渗碳体量增大，形成奥氏体的平均碳含量降低。量降低。36材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系36 四、影响奥氏体形成速度的因素 36材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v（2）碳含量）碳含量 v 钢中碳含量越高，奥氏体的形成速度越快钢中碳含量越高，奥氏体的形成速度越快;v（3）原始组织的影响）原始组织的影响 v 原始组织中碳化物的分散度越大，相界面越原始组织中碳化物的分散度越大，相界面越多，形核率便越大；珠光体片间距离越小，奥氏多，形核率便越大；珠光体片间距离越小，奥氏体中碳浓度梯度越大，扩散速度便越快；碳化物体中碳浓度梯度越大，扩散速度便越快；碳化物分散度越大，使得碳原子扩散距离缩短，奥氏体分散度越大，使得碳原子扩散距离缩短，奥氏体晶体长大速度增加。晶体长大速度增加。37材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系（2）碳含量 37材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物38 第一章 奥氏体转变（4）合金元素的影响）合金元素的影响通通过对碳碳扩散速度影响奥氏体的形成速度散速度影响奥氏体的形成速度CrCr、MoMo、W W等，降低碳在奥氏体中等，降低碳在奥氏体中扩散系数散系数 CoCo、NiNi等增大碳在奥氏体中的等增大碳在奥氏体中的扩散系数散系数 SiSi、AlAl等等对碳原子的碳原子的扩散系数影响不大散系数影响不大 通通过改改变碳化物碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度定性影响奥氏体的形成速度 通通常常使使碳碳化化物物稳定定提提高高的的元元素素，将将延延缓奥奥氏氏体体的的形形成成。钢中中加加入入W W、MoMo和和其其它它强碳碳化化物物形形成成元元素素，由由于于在在钢中中可可以以形形成成稳定定性性极极高高的的特特殊殊类型型的的碳碳化化物物，加加热时不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢。不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢。38材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系38 第一章 奥氏体转变（4）合金元素的影响 38材料成型与我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物39 第一章 奥氏体转变对临界点的影响界点的影响 NiNi、MnMn、CuCu等等降降低低A A1 1温温度度；CrCr、MoMo、TiTi、SiSi、AlAl、W W、V V等升高等升高A A1 1温度。温度。对原始原始组织的影响的影响 NiNi、MnMn等等往往往往使使珠珠光光体体细化化，有有利利于于奥奥氏氏体体的的形形成。成。托辊网带式热处理生产线托辊网带式热处理生产线39材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系39 第一章 奥氏体转变对临界点的影响 托辊网带式热处理生我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物40 第一章 奥氏体转变CrCr含量含量变化化对奥氏体形成的影响奥氏体形成的影响(例子例子)Cr含量为2%及6%时，延缓奥氏体的形成，但Cr含量为11%时，奥氏体形成速度反而比6%时快。原因如下：2%Cr时形成较稳定的不易溶解的(FeCr)3C，延缓奥氏体的形成；6%Cr时形成更稳定的不易溶解的(FeCr)7C3，延缓奥氏体的形成；11%Cr时形成含碳较少、较易溶解、稳定性较低的碳化物(FeCr)23C6，一方面(FeCr)23C6较不稳定，另一方面C%相同时可以形成更多的碳化物，从而使相界面面积增加，这些都会加速奥氏体的形成。40材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系40 第一章 奥氏体转变Cr含量变化对奥氏体形成的影响(例子我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物41 第一章 奥氏体转变2 2）合金）合金钢中奥氏体均匀化中奥氏体均匀化 钢钢合合金金钢钢奥奥氏氏体体形形成成后后，除除了了碳碳的的均均匀匀化化外外，还还要进行合金元素的均匀化。要进行合金元素的均匀化。合合金金元元素素在在奥奥氏氏体体中中的的扩散散速速度度比比碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的扩散散速速度度小小100-10000100-10000倍倍。此此外外，碳碳化化物物形形成成元元素素还会会减减小小碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的扩散散速速度度，这将将降降低低碳碳的的均均匀匀化化速速度度，因因此此，合合金金钢均均匀匀化化所所需需时间常常常比碳常比碳钢长得多。得多。41材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系41 第一章 奥氏体转变2）合金钢中奥氏体均匀化 41材料成我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.5 连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成珠光体向奥氏体转变动力学曲线珠光体向奥氏体转变动力学曲线42材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.5 连续加热时奥氏体的形成珠光体向奥氏体转变动力学曲线我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物43 连连续续加加热热时时奥奥氏氏体体形形成成和和等等温温转转变变相相似似，也也是是由由奥奥氏氏体体的的形形成成、残残留留碳碳化化物物溶溶解解和和奥奥氏氏体体成成分分均均匀匀化化三三个个阶段段组成成。现现已已证证明明，影影响响这这些些过过程程的的因因素素也也大大致致与与等等温温形形成成时时相相同同。但但是是，因因为为奥奥氏氏体体的的形形成成是是在在连连续续加加热热条条件件下下进进行行的的，所所以以在在相相变变动动力力学学及及相相变变机机理理上上常常会会出出现若干等温转变所没有的特点。现若干等温转变所没有的特点。1.51.5连续加加热时奥氏体的形成奥氏体的形成43材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系43 连续加热时奥氏体形成和等温转变相似，也我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物44 0.85%C钢在不同加热速度下的加热曲线 44材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系44 0.85%C钢在不同加热速度下的加热曲线 44材料成型我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物45 1 1、相、相变是在一个温度范是在一个温度范围内完成的内完成的 加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但形成速度确加快，奥氏体形成时间缩短形成速度确加快，奥氏体形成时间缩短。2 2、随加热速度增大，转变趋向高温，且转变温随加热速度增大，转变趋向高温，且转变温度范围扩大，而转变速度则增大。度范围扩大，而转变速度则增大。3 3、随加热速度增大，随加热速度增大，C，Fe原子来不及扩散，原子来不及扩散，所形成的奥氏体成分不均匀性增大。所形成的奥氏体成分不均匀性增大。4、快快速速加加热热时时，奥奥氏氏体体形形成成温温度度升升高高，可可引引起起奥奥氏氏体体起起始始晶晶粒粒细细化化；同同时时，剩剩余余渗渗碳碳体体量量也也增多，形成奥氏体的平均碳含量降低。增多，形成奥氏体的平均碳含量降低。45材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系45 1、相变是在一个温度范围内完成的 45材料成型与控制工我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.6 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制2.6.1 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度n 奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小用用晶晶粒粒度度表表示示，通通常常分分为为8级级，1级最粗，级最粗，8级最细，级最细，8级以上为超细晶粒。级以上为超细晶粒。n 晶粒度级别与晶粒大小的关系晶粒度级别与晶粒大小的关系 n=2N-1 (2-6)n-X100倍时，晶粒数倍时，晶粒数/in2 N-晶粒度级别晶粒度级别46材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.6 奥氏体晶粒长大及其控制2.6.1 奥氏体晶粒度46我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-10 X100倍倍 晶粒度晶粒度Nd(m)125021773125488562644731822915.6101147材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-10 X100倍 晶粒度Nd(m)1250我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 奥氏体晶粒度有三种：奥氏体晶粒度有三种：初初始始晶晶粒粒度度-奥奥氏氏体体形形成成刚刚结结束束，其其晶晶粒粒边边界界刚刚刚刚相相互互接接触触时时的的晶晶粒粒大大小小。初初始始晶晶粒粒一一般般很很细细小小，大大小小不不均均，晶界弯曲。晶界弯曲。实实际际晶晶粒粒度度-钢钢经经热热处处理理后后所所获获得的实际奥氏体晶粒大小。得的实际奥氏体晶粒大小。48材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系 奥氏体晶粒度有三种：48材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 本本质质晶晶粒粒度度-表表示示钢钢在在一一定定加加热热条条件件下下奥奥氏体晶粒长大的倾向性。氏体晶粒长大的倾向性。在在93010，保温，保温38小时后测定：小时后测定：14级级-本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。58级级-本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。49材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系 本质晶粒度-表示钢在一定加热条件下奥氏体晶粒长大我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-11 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响加热温度对奥氏体晶粒大小的影响Ac193050材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-11 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响Ac19305我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.6.2影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素(1)加热温度和保温时间加热温度和保温时间n 表表现现为为晶晶界界的的迁迁移移，实实质质上上是是原原子子在晶界附近的在晶界附近的扩散扩散过程。过程。n 晶晶粒粒长长大大速速度度与与晶晶界界迁迁移移速速率率及及晶晶粒长大粒长大驱动力驱动力成正比。成正比。51材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系2.6.2 影响奥氏体晶粒长大的因素(1)加热温度和保我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-18 奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小与与加加热热温度、保温时间的关系温度、保温时间的关系n 随随加加热热温温度度升升高高，奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大速速度度成指数关系迅速增大。成指数关系迅速增大。n 加加热热温温度度升升高高时时，保保温温时时间间应应相相应应缩缩短短，这这样样才才能能获获得得细细小小的的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒。52材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-18 奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间的关系 随加我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2）加热速度的影响）加热速度的影响n 加加热热速速度度越越大大，奥奥氏氏体体的的实实际际形形成成温温度度越越高高，形形核核率率与与长长大大速速度度之之比比（N/G）随随之增大，可以获得细小的起始晶粒度。之增大，可以获得细小的起始晶粒度。n 快快速速加加热热并并且且短短时时间间保保温温可可以以获获得得细细小小的奥氏体晶粒度。的奥氏体晶粒度。n 如如果果此此时时长长时时间间保保温温，由由于于起起始始晶晶粒粒细细小小，加加上上实实际际形形成成温温度度高高，奥奥氏氏体体晶晶粒粒很很容易长大。容易长大。53材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系（2）加热速度的影响 加热速度越大，奥氏体的实际形成温度越我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3）钢的碳含量的影响）钢的碳含量的影响n 碳碳在在固固溶溶于于奥奥氏氏体体的的情情况况下下，由由于于提提高高了了铁铁的的自自扩扩散散系系数数，将将促促进进晶晶界界的的迁迁移移，使使奥奥氏氏体体晶晶粒长大。共析碳钢最容易长大。粒长大。共析碳钢最容易长大。n 当当碳碳以以未未溶溶二二次次渗渗碳碳体体形形式式存存在在时时，由由于于其其阻阻碍碍晶晶界界迁迁移移，所所以以将将阻阻碍碍奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大。过过共共析析碳碳钢钢的的加加热热温温度度一一般般选选在在 Ac1-Accm 两两相区，为的就是保留一定的残留渗碳体。相区，为的就是保留一定的残留渗碳体。54材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系（3）钢的碳含量的影响54材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（4）合金元素的影响）合金元素的影响n Mn，P促进奥氏体晶粒长大：促进奥氏体晶粒长大：Mn-在奥氏体晶界偏聚，提高晶界能；在奥氏体晶界偏聚，提高晶界能；P-在在奥奥氏氏体体晶晶界界偏偏聚聚，提提高高铁铁的的自自扩扩散散系数。系数。n强强碳碳氮氮化化物物形形成成元元素素Ti，Nb，V形形成成高高熔熔点点难难溶溶碳碳氮氮化化物物（如如TiC，NbN），阻阻碍碍晶晶界界迁移，细化奥氏体晶粒。迁移，细化奥氏体晶粒。AlTiZrVWMoCrSiNiCu 阻碍作用强阻碍作用强 阻碍作用弱阻碍作用弱 55材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系（4）合金元素的影响 Mn，P 促进奥氏体晶粒长大：阻碍我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-22奥氏体晶粒直径与加热温度的关系奥氏体晶粒直径与加热温度的关系1-不含铝的不含铝的C-Mn钢钢2-含含Nb-N钢钢（5）冶炼方法冶炼方法n 用用Al脱氧，可脱氧，可形成形成 AlN-本质细晶粒本质细晶粒钢钢n 用用Si、Mn脱氧脱氧-本质粗晶粒本质粗晶粒钢钢56材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系图2-22 奥氏体晶粒直径与加热温度的关系（5）冶炼方法5我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v作业v1、奥氏体转变的特点，共析钢的奥氏体转变过奥氏体转变的特点，共析钢的奥氏体转变过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？渗碳体未溶解？v2、奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？奥氏体晶核优先在什么地方形成？为什么？v3、指出入指出入A1，A3、Acm、Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。各临界点的意义。v4、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度？钢中第二相粒子对奥氏体晶粒长大有际晶粒度？钢中第二相粒子对奥氏体晶粒长大有什么作用？什么作用？57材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系作业57材料成型与控制工程系