第章钢的加热转变教学课件

第章钢的加热转变第章钢的加热转变2 奥氏体形成的机理奥氏体形成的机理一、珠光体类组织向一、珠光体类组织向A的转变的转变n n过程过程形核形核长大长大残余碳化物溶解残余碳化物溶解A的成分的成分均匀化均匀化n n珠光体类组织珠光体类组织球化体球化体（球状（球状P=F+球状碳化物）球状碳化物）片状片状P1、形核n n球化体球化体优先在晶界的优先在晶界的优先在晶界的优先在晶界的F/F/碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成其次在晶内的其次在晶内的其次在晶内的其次在晶内的F/F/碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成n n片状片状P优先在优先在优先在优先在P P团的界面上形成团的界面上形成团的界面上形成团的界面上形成其次其次其次其次 在在在在F/F/碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成碳化物界面上形成n n相界形核原因相界形核原因碳浓度起伏，如碳浓度起伏，如碳浓度起伏，如碳浓度起伏，如 F F中高浓度区有利于中高浓度区有利于中高浓度区有利于中高浓度区有利于 向向向向A A转变转变转变转变结构起伏结构起伏结构起伏结构起伏晶体结构改组容易晶体结构改组容易晶体结构改组容易晶体结构改组容易能量起伏能量起伏能量起伏能量起伏杂质、晶体缺陷多杂质、晶体缺陷多杂质、晶体缺陷多杂质、晶体缺陷多形核形核形核形核降低界面能、降低界面能、降低界面能、降低界面能、应变能应变能应变能应变能2、长大、长大n n球化体球化体 A A包围碳化物，使碳化物与包围碳化物，使碳化物与包围碳化物，使碳化物与包围碳化物，使碳化物与F F分开，分开，分开，分开，A A形成形成形成形成F/AF/A和和和和C/AC/A两个界面，双向推进长大。两个界面，双向推进长大。两个界面，双向推进长大。两个界面，双向推进长大。n n片状片状P垂直片方向（在垂直片方向（在垂直片方向（在垂直片方向（在A A、F F中存在碳浓度差，引中存在碳浓度差，引中存在碳浓度差，引中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织度的平衡，原始组织度的平衡，原始组织度的平衡，原始组织F F和碳化物相就会不断和碳化物相就会不断和碳化物相就会不断和碳化物相就会不断溶解）。溶解）。溶解）。溶解）。示意图示意图示意图示意图平行片方向（平行片方向（平行片方向（平行片方向（体扩散体扩散体扩散体扩散+界面扩散）界面扩散）界面扩散）界面扩散）垂直片方向垂直片方向垂直片方向垂直片方向路程短，是主要长大方式路程短，是主要长大方式路程短，是主要长大方式路程短，是主要长大方式界面迁界面迁界面迁界面迁移快移快移快移快平行方向长大速度快平行方向长大速度快平行方向长大速度快平行方向长大速度快3、残余碳化物的溶解n n实验证实实验证实F先溶解先溶解n nF先溶解的原因先溶解的原因晶体结构晶体结构碳浓度差异碳浓度差异4、奥氏体成分均匀化其他钢的奥氏体转变n n亚共析钢：P转变为A后，F再 转变n n过共析钢：P转变为A后，Fe3C再转变n n低合金钢：P转变与碳钢过程、机理相同，但进程比较慢，相变温度高，时间长。二、马氏体向A的转变n n工程意义：工程意义：返修；铸造、锻造等连续冷却组织返修；铸造、锻造等连续冷却组织n n相变点以上加热：相变点以上加热：同时形成针状和球状两种同时形成针状和球状两种A，机理机理n n形成球状形成球状A是主流；针状是主流；针状A是初始阶是初始阶段的过渡组织，随后会转变为球状或段的过渡组织，随后会转变为球状或合并为粗晶粒（组织遗传）合并为粗晶粒（组织遗传）1、针状、针状An n形核：形核：板条之间有碳化物板条之间有碳化物板条之间有碳化物板条之间有碳化物优先在界面形核优先在界面形核优先在界面形核优先在界面形核板条之间无碳化物板条之间无碳化物板条之间无碳化物板条之间无碳化物在板条之间形核在板条之间形核在板条之间形核在板条之间形核n n加热温度：加热温度：在在在在Ac1Ac1、Ac3Ac3附近不出现附近不出现附近不出现附近不出现n n加热速度：加热速度：快速或慢速加热容易出现快速或慢速加热容易出现快速或慢速加热容易出现快速或慢速加热容易出现n n组织遗传：组织遗传：针状针状针状针状A A与原与原与原与原MM板条有位向关系，粗板条有位向关系，粗板条有位向关系，粗板条有位向关系，粗大组织遗传保留。大组织遗传保留。大组织遗传保留。大组织遗传保留。P原始组织一般没有。原始组织一般没有。n n形成机理：有待研究形成机理：有待研究2、球状、球状An n形核形核板条之间板条之间原原A晶界上晶界上n n加热速度：适中时出现加热速度：适中时出现n n无组织遗传：与无组织遗传：与P向向A转变相似转变相似3 奥氏体形成动力学奥氏体形成动力学一、一、A等温加热形成动力学等温加热形成动力学n n金相法测定原理：加热金相法测定原理：加热A+P快冷使高快冷使高温组织固定温组织固定冷却后冷却后A转变为转变为M，未转变，未转变的的P在此过程中不变化。在此过程中不变化。n nA等温加热形成动力学图等温加热形成动力学图特点特点温度越高，孕育期越短温度越高，孕育期越短中期转变速度快，中期转变速度快，S形形残余碳化物溶解及残余碳化物溶解及A均匀化时间长均匀化时间长二、二、A连续加热形成动力学连续加热形成动力学n nA A连续加热形成动力学图连续加热形成动力学图连续加热形成动力学图连续加热形成动力学图建立温度建立温度建立温度建立温度 时间坐标，标时间坐标，标时间坐标，标时间坐标，标出不同的出不同的出不同的出不同的加热速度加热速度加热速度加热速度曲线曲线曲线曲线每一种加热速度取每一种加热速度取每一种加热速度取每一种加热速度取1010个试个试个试个试样，分别加热到不同温度样，分别加热到不同温度样，分别加热到不同温度样，分别加热到不同温度淬火，测定淬火，测定淬火，测定淬火，测定A A转变时对应转变时对应转变时对应转变时对应的温度、时间的温度、时间的温度、时间的温度、时间n n特点特点特点特点加热温度升高，相变温度加热温度升高，相变温度加热温度升高，相变温度加热温度升高，相变温度升高升高升高升高加热速度快，孕育期减少加热速度快，孕育期减少加热速度快，孕育期减少加热速度快，孕育期减少加热速度快，晶粒细化加热速度快，晶粒细化加热速度快，晶粒细化加热速度快，晶粒细化成分不均匀成分不均匀成分不均匀成分不均匀三、A形成动力学的理论处理1、形核率、形核率N：2-1公式公式 A化温度的影响：化温度的影响：v温度温度温度温度相变驱动力相变驱动力相变驱动力相变驱动力 形核率形核率形核率形核率 形形形形核率与临界晶核数目、原子碰撞次数核率与临界晶核数目、原子碰撞次数核率与临界晶核数目、原子碰撞次数核率与临界晶核数目、原子碰撞次数（扩散）成正比（扩散）成正比（扩散）成正比（扩散）成正比v温度温度温度温度原子扩散能力原子扩散能力原子扩散能力原子扩散能力 v温度温度温度温度C/C/与与与与C/C/浓度差浓度差浓度差浓度差 碳浓度碳浓度碳浓度碳浓度起伏小起伏小起伏小起伏小2、长大速度、长大速度v温度温度扩散系数扩散系数扩散系数扩散系数v温度温度碳在碳在碳在碳在A A中的浓度梯度中的浓度梯度中的浓度梯度中的浓度梯度 v温度温度 C/与与C/和和Ccem/与与C/cem浓浓度差均度差均 界面扩散速度界面扩散速度界面扩散速度界面扩散速度n n综上所述：温度升高，二者单调升高。综上所述：温度升高，二者单调升高。形核率增加更快。形核率增加更快。n n动力学公式适宜定性，定量有误差四、影响四、影响A形成速度的因素形成速度的因素n n加热温度加热温度加热温度加热温度 ：T AT A化速度化速度化速度化速度 n n加热速度加热速度加热速度加热速度 ：V V 转变温度转变温度转变温度转变温度，转变时间，转变时间，转变时间，转变时间 n n含碳量含碳量含碳量含碳量 vv 亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢C%C%界面多界面多界面多界面多 转变快转变快转变快转变快vv过共析钢（半过共析钢（半过共析钢（半过共析钢（半A A化）化）化）化）C%C%碳化物多碳化物多碳化物多碳化物多 转转转转变慢变慢变慢变慢n n合金元素合金元素合金元素合金元素 vv 改变相变点；影响扩散系数改变相变点；影响扩散系数改变相变点；影响扩散系数改变相变点；影响扩散系数vv碳化物稳定性好，碳化物稳定性好，碳化物稳定性好，碳化物稳定性好，A A形成速度慢形成速度慢形成速度慢形成速度慢vv合金元素自扩散慢，合金元素自扩散慢，合金元素自扩散慢，合金元素自扩散慢，A A形成速度慢形成速度慢形成速度慢形成速度慢n n原始组织原始组织原始组织原始组织 vv P P 片间距小片间距小片间距小片间距小 相界面多相界面多相界面多相界面多 A A化速度化速度化速度化速度 vv球状球状球状球状P P AA化速度化速度化速度化速度 上一页上一页 返回返回4奥氏体晶粒长大及控制奥氏体晶粒长大及控制 一、晶粒与材料性能的关系一、晶粒与材料性能的关系n nHall-Petch公式：细晶，高强度、高韧性公式：细晶，高强度、高韧性n n实际晶粒大小取决于冷却前实际晶粒大小取决于冷却前A晶粒大小晶粒大小二、晶粒度二、晶粒度n n评定方法评定方法测定尺寸测定尺寸测定尺寸测定尺寸对比对比对比对比评级照片评级照片评级照片评级照片截距法：单位长度上与晶粒相交的数目截距法：单位长度上与晶粒相交的数目截距法：单位长度上与晶粒相交的数目截距法：单位长度上与晶粒相交的数目 起始晶粒度起始晶粒度 刚刚全部转变为奥氏体时的晶粒度。刚刚全部转变为奥氏体时的晶粒度。实际晶粒度实际晶粒度 在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶 粒度。粒度。本质晶粒度本质晶粒度 用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。本质晶粒度。采用标准试验方法评定采用标准试验方法评定 与脱氧剂、合金元素有关与脱氧剂、合金元素有关三、三、A晶粒长大的特点晶粒长大的特点本质晶粒度本质晶粒度标准试验条件标准试验条件与冶炼工艺有关与冶炼工艺有关与成分有关与成分有关四、影响四、影响A晶粒长大的因素晶粒长大的因素n n加热温度、时间加热温度、时间v高温、长时间，晶粒长大，晶界平直高温、长时间，晶粒长大，晶界平直高温、长时间，晶粒长大，晶界平直高温、长时间，晶粒长大，晶界平直v在某温度下，长大到一定尺寸在某温度下，长大到一定尺寸在某温度下，长大到一定尺寸在某温度下，长大到一定尺寸停止停止停止停止n n加热速度：快速短时，细化晶粒。加热速度：快速短时，细化晶粒。随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？n n第二相粒子第二相粒子：实验结果及近似处理实验结果及近似处理实验结果及近似处理实验结果及近似处理足够细、数足够细、数足够细、数足够细、数量足够多量足够多量足够多量足够多阻碍阻碍阻碍阻碍A A长大长大长大长大n n冶炼方法冶炼方法n n合金元素的作用各不相同合金元素的作用各不相同五、晶粒的控制及生产应用1 1、利用、利用、利用、利用AlAl脱氧细化脱氧细化脱氧细化脱氧细化2 2、加细化晶粒合金元素、加细化晶粒合金元素、加细化晶粒合金元素、加细化晶粒合金元素HSLAHSLA钢强化钢强化钢强化钢强化3 3、快速加热、快速加热、快速加热、快速加热4 4、重结晶细化（正火）、重结晶细化（正火）、重结晶细化（正火）、重结晶细化（正火）六、控制组织遗传原则：切断母相与新相的晶体学关系原则：切断母相与新相的晶体学关系n n高温回火或退火高温回火或退火获得平衡组织获得平衡组织再再A化化n n中速加热中速加热获得球状获得球状A组织组织n n多次循环加热、冷却多次循环加热、冷却破坏取向关系破坏取向关系5 钢的加热缺陷1、欠热：温度低、时间短、欠热：温度低、时间短 措施：重新加热措施：重新加热2、过热：温度高，粗晶粒、过热：温度高，粗晶粒 措施：重新加热，防止组织遗传措施：重新加热，防止组织遗传3、过烧：温度太高，晶界氧化、熔化、过烧：温度太高，晶界氧化、熔化 报废报废4、氧化：尺寸、表面变化；性能恶化、氧化：尺寸、表面变化；性能恶化与脱碳现象伴生与脱碳现象伴生措施：保护气氛；盐浴；真空加热措施：保护气氛；盐浴；真空加热5、脱碳：性能恶化、脱碳：性能恶化脱碳速度大于氧化速度脱碳速度大于氧化速度措施：保护气氛；盐浴；真空加热措施：保护气氛；盐浴；真空加热6、变形：尺寸变化或开裂、变形：尺寸变化或开裂 措施：控制加热速度，分段预热措施：控制加热速度，分段预热小结及作业n n奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体具具具具有有有有良良良良好好好好的的的的塑塑塑塑性性性性、无无无无磁磁磁磁、耐耐耐耐腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、耐耐耐耐热热热热等等等等性性性性能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。n n钢钢钢钢的的的的奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体在在在在加加加加热热热热温温温温度度度度超超超超过过过过Ac1Ac1以以以以上上上上，有有有有一一一一定定定定的的的的过过过过热热热热度才形成。实际相变温度滞后平衡临界点。度才形成。实际相变温度滞后平衡临界点。度才形成。实际相变温度滞后平衡临界点。度才形成。实际相变温度滞后平衡临界点。n n球球球球、片片片片状状状状珠珠珠珠光光光光体体体体转转转转变变变变为为为为A A属属属属于于于于扩扩扩扩散散散散相相相相变变变变，由由由由形形形形核核核核、长长长长大、残余碳化物溶解、成分均匀化四阶段构成。大、残余碳化物溶解、成分均匀化四阶段构成。大、残余碳化物溶解、成分均匀化四阶段构成。大、残余碳化物溶解、成分均匀化四阶段构成。n n奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体可可可可以以以以以以以以等等等等温温温温和和和和连连连连续续续续加加加加热热热热方方方方式式式式形形形形成成成成。温温温温度度度度、加加加加热热热热时时时时间间间间、加加加加热热热热速速速速度度度度、原原原原始始始始组组组组织织织织等等等等均均均均影影影影响响响响奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体形形形形成成成成速度。速度。速度。速度。n n奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体的的的的实实实实际际际际晶晶晶晶粒粒粒粒大大大大小小小小对对对对材材材材料料料料性性性性能能能能有有有有明明明明显显显显影影影影响响响响，细细细细化奥氏体晶粒是材料强化的重要手段。化奥氏体晶粒是材料强化的重要手段。化奥氏体晶粒是材料强化的重要手段。化奥氏体晶粒是材料强化的重要手段。n n作业：作业：作业：作业：2 2、5 5、1010、1616返回返回返回返回 返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回设晶粒为球形，半径为设晶粒为球形，半径为设晶粒为球形，半径为设晶粒为球形，半径为R R：驱动力驱动力驱动力驱动力P P ：弯曲的晶界平直化，即表面弯曲的晶界平直化，即表面弯曲的晶界平直化，即表面弯曲的晶界平直化，即表面张力张力张力张力阻力阻力阻力阻力F F：界面能增加：界面能增加：界面能增加：界面能增加rr2 2 r r2 2=Fr =Fr ，F=rF=r总阻力总阻力总阻力总阻力F F总总总总=2rNv F=2r=2rNv F=2r2 2Nv Nv NvNv：单位体积粒子数单位体积粒子数单位体积粒子数单位体积粒子数晶界停止长大条件：晶界停止长大条件：晶界停止长大条件：晶界停止长大条件：总阻力总阻力总阻力总阻力F F总总总总=P=P，设，设，设，设R=DR=Df=4/3 rf=4/3 r3 3 NvNv f f：第二相体积分数：第二相体积分数：第二相体积分数：第二相体积分数晶粒大小：晶粒大小：晶粒大小：晶粒大小：D=4r/3fD=4r/3f返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。斯宾诺莎斯宾诺莎7、自知之明是最难得的知识。、自知之明是最难得的知识。西班牙西班牙8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。塞内加塞内加9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。赫尔普斯赫尔普斯10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。笛卡儿笛卡儿 Thank you拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗