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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属热处理原理,Heat Treatment Principles for Metals,奥氏体和钢在加热过程中的转变,授课 朱世杰,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Zhengzhou University,3.5,非平衡组织加热时奥氏体转变,非平衡组织,是指淬火组织或淬火后回火不充分的组织，包括马氏体、贝氏体以及回火马氏体等。,2024/11/24,1,非平衡组织发生奥氏体转变时，根据钢的成分和加热条件不同，可能同时形成,针状,和,颗粒状,两种形态的奥氏体晶粒。,1.,针状奥氏体,(A,a,),的形成,针状奥氏体,是非平衡组织加热过程中，奥氏体化的初始阶段产生的一种过渡性组织形态，它也是通过形核与长大形成的。,以板条马氏体为原始组织的低、中碳合金钢在,A,c1,A,c3,之间的低温区加热时，在马氏体板条间形成针状奥氏体。同时，还会在原奥氏体晶界、马氏体板条束间及其它位置产生颗粒状奥氏体晶粒。,针状奥氏体的晶核在较小的过热度下即可形成。,3.5.1,针状奥氏体和颗粒状奥氏体,2024/11/24,2,颗粒状奥氏体,的晶核是在淬火组织已经发生一定程度的分解之后形成的。,在原始奥氏体晶界、板条马氏体束界及块界、夹杂物界面上形成细小的颗粒状奥氏体，同时伴随着渗碳体的溶解。,颗粒状奥氏体也在铁素体和渗碳体的相界面上形核，再通过碳的扩散逐渐向铁素体和碳化物中长大。,颗粒状奥氏体的晶核是在淬火组织已经发生一定程度的分解之后形成的。,2.,粒状奥氏体,(Ag),的形成,2024/11/24,3,3.5.2,非平衡组织加热转变的影响因素,非平衡组织与平衡组织存在较大的差异，表现在：非平衡组织中可能存在残余奥氏体；,相的成分和状态与平衡组织不同（如碳及合金元素的含量及分布、缺陷密度及位错结构等）；碳化物的种类、形态、大小、数量及分布等与平衡组织亦有较大的差异。,1,化学成分,化学成分的不同，将影响非平衡组织在加热过程中所发生的转变。,2,获得非平衡组织的奥氏体化温度和奥氏体化后的停留温度,非平衡组织是通过淬火得到的，奥氏体化温度、碳化物溶解、碳及合金元素分布、特殊的碳氮化物等将影响快冷得到的非平衡组织，从而影响再次加热时的奥氏体转变过程。,2024/11/24,4,3,加热速度,加热速度的不同显著影响非平衡组织的加热转变过程。按加热转变的过程及机制的不同将加热速度划分为慢速、中速与快速加热，对应的加热速度分别为,12/min,、大于,12/min,而小于,1000/s,、大于,1000/s,。,慢速加热时，板条马氏体在加热到临界点之前将充分分解。,快速加热时，淬火态中碳结构钢中原始奥氏体晶粒会得到完全恢复。,淬火态中速加热时，加热转变将被推移到较高的、接近,A,c3,的温度进行。形成细小的颗粒状奥氏体。,加热速度介于慢速与中速或中速与快速之间将出现过渡现象。,2024/11/24,5,4,加热速度原始组织,原始非平衡组织包括马氏体、贝氏体等淬火组织和回火马氏体等不充分回火组织。这些不同的组织以相同的加热速度加热到转变开始温度时，由于加热过程中的转变程度不同，奥氏体转变开始时的组织状态也不同，形成的奥氏体组织有较大差异。,2024/11/24,6,3.5.3,组织遗传现象及控制,1.,概念,遗传,：相变时产物保留了原始组织的宏观或微观的某些特征的现象。遗传有组织遗传和相遗传。,组织遗传,：非平衡的粗晶有序组织（马氏体、贝氏体、魏氏组织等）在一定加热条件下所形成的奥氏体晶粒继承或恢复原始粗大晶粒的尺寸和形状（甚至原来的取向和晶界）的现象。组织遗传是力学性能降低，是一种有害现象。,相遗传,：相变结束后，新相继承了母相的一些或全部的晶体缺陷和不均匀性的现象。相遗传能用来强化合金，通常是一种有益现象。,2024/11/24,7,2.,组织遗传的影响因素,（,1,）原始组织,钢的组织遗传现象主要出现在原始组织为非平衡组织的钢中。,如原始组织为板条马氏体组织时，在慢速加热过程中针状奥氏体的合并长大，导致的组织遗传。,贝氏体组织钢较马氏体更易产生组织遗传。,针状奥氏体合并长大示意图,2024/11/24,8,2,）加热速度,一般情况下，慢速或快速加热会导致组织遗传。,慢速加热时，钢中的碳和合金元素在原马氏体条间和束界上富集，并与位错发生相互作用，抑制,相的再结晶，当加热到临界温度以上时，形成针状奥氏体并合并，导致组织遗传。,快速加热时，加热超过临界点后奥氏体优先在晶界上和马氏体束界或条间形核，然后沿马氏体条的方向形成针状奥氏体并相互合并，发生组织遗传。在快速加热条件下，不同钢种存在一个临界加热速度，加热速度高于此速度时，钢中将出现组织遗传。,不同钢种出现组织遗传的临界加热速度,钢种,预先热处理,临界加热速度,/s,50,T8A,37CrNi3A,T8Co,1200 30min,淬火,1200 30min,淬火,1150 30min,淬火,1200 30min,淬火,3000,5000,250,10000,2024/11/24,9,（,3,）奥氏体形态,非平衡组织加热温度大于,A,c1,后，形成的奥氏体主要有两种形态：针状奥氏体和颗粒状奥氏体。针状奥氏体促进组织遗传，而颗粒状奥氏体将切断组织遗传。,2024/11/24,10,3.,过热、过烧,1.过热,：奥氏体晶粒粗大。过热组织可通过重新淬火来消除。,2.过烧,：晶界的局部熔化或氧化。工件一旦过烧则只能报废。,4.,组织遗传的控制,一般情况下，导致组织遗传的主要因素是针状奥氏体的形成及其合并长大。在生产中可以采用以下措施加以控制：,（,1,）采用较快速度或中等速度加热可以避免组织遗传现象发生。对于不同钢种，非平衡组织加热时不发生组织遗传的加热速度相差很大，需要通过试验确定。,（,2,）采用退火或高温回火，消除非平衡组织，实现,相的再结晶，获得细小的碳化物颗粒和铁素体组织。使针形奥氏体失去形成条件，可以避免组织遗传。,（,3,）对于铁素体,-,珠光体的低合金钢，组织遗传倾向较小，可采用正火来校正过热组织。,2024/11/24,11,本节小结和思考题,本节主要介绍,（了解）,针状奥氏体和颗粒状奥氏体。,非平衡组织加热转变的影响因素。,组织遗传、影响因素及控制,本节思考题,1.,讨论针状奥氏体和颗粒状奥氏体形成的条件。,2.,讨论非平衡组织加热转变的影响因素有哪些？如何影响？,2.,什么是组织遗传现象，如何防止其发生？,2024/11/24,12,本章小结,1.介绍了一些重要的术语和基本概念。奥氏体的晶体结构、组织形态和性能的特点。,2.共析钢平衡态组织（,P）,的加热时奥氏体的形成过程，非共析钢和共析钢奥氏体形成异同。奥氏体的形成是受扩散控制的。,3.奥氏体长大机制（应用扩散观点说明）,4.共析碳钢奥氏体等温形成动力学图分析、特点，非共析钢和共析钢奥氏体等温形成动力学图异同。奥氏体等温形成动力学（形核与长大）的经验公式及意义，影响奥氏体转变速度的因素。,5.,连续加热时奥氏体的形成特点,6.,奥氏体晶粒度的概念，晶粒度级别与晶粒大小的关系式。影响奥氏体晶粒长大的因素，奥氏体晶粒长大的控制。,2024/11/24,13,1.,奥氏体的晶体结构、组织形态和性能的特点,;,2.,奥氏体形成的热力学条件是什么？共析钢的珠光体（平衡态组织）向奥氏体转变属于何种转变？,以共析碳钢为例说明奥氏体形成包括哪几个过程（四个过程：形核、长大，剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化）？能叙述珠光体向奥氏体的转变过程（奥氏体形成是以碳扩散为基础并受碳扩散控制的）。讨论为什么奥氏体全部形成后还会有有部分渗碳体未溶解？,非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有哪些异同？,钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。,本章复习要点及思考题,2024/11/24,14,3.,共析碳钢奥氏体等温形成动力学（,TTA,图）有什么特点？,非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？,影响奥氏体等温形成的形核率和长大速度的因素有哪些？,如何计算形核率和奥氏体线长大速度（经验公式）？,影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？,合金钢的奥氏体转变有什么特点（,合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响,）？为什么？,4.,奥氏体晶粒度的概念，晶粒度级别与晶粒大小的关系式。,如何显示和评定晶粒度级别？何谓起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度？试加以比较。,奥氏体晶粒长大的类型？长大的驱动力是什么？,影响奥氏体晶粒长大过程的因素有哪些？如何影响？,如何控制奥氏体晶粒长大（获得细小的奥氏体晶粒的途径）？,钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响？,2024/11/24,15,本 章 结 束,2024/11/24,16,
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