珠光體轉(zhuǎn)變過程PPT課件

1、,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,珠光體是鐵素體和滲碳體兩相機械混合物。 按滲碳體的形態(tài)，珠光體分為片狀珠光體和粒狀珠光體兩種。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,研究珠光體轉(zhuǎn)變的意義 形成鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，鐵素體為體心立方，硬度低而塑性高；滲碳體為正交晶系，質(zhì)硬而脆，兩者合理的匹配，可得到良好的綜合力學(xué)性能。作為最終熱處理，獲得一定形態(tài)的珠光體，使結(jié)構(gòu)件具有良好的綜合力學(xué)性能。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的熱處理可作為機加工的中間熱處理，消除因前一道工序造成的加工硬化，改善機加工性能，便于下道工序的切削加工。-預(yù)備熱處理,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,用得更為廣泛的

2、則是作為淬火的 預(yù)備熱處理，為淬火作好組織上的 準備 對于要求高硬度、高強度的構(gòu)件， 則希望獲得馬氏體，為避免因工藝 不當使組織中出現(xiàn)珠光體，則必須 研究珠光體的形成動力學(xué),1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,珠光體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件,由于珠光體轉(zhuǎn)變的溫度較高，F(xiàn)e和C原子都能擴散較大的距離，珠光體又是在位錯等微觀缺陷較多的晶界形核，相變需要的自由能較小，所以在較小的過冷度下就可以發(fā)生相變。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,共析鋼奧氏體化后緩冷或在略低于A1溫度下等溫，奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，可表示為：,A,P （ + Fe3C ）擴散型相變 0.77%C 0.0218%C 6.69%C 化學(xué)成分變化 （通過C原子擴散完成）

3、 面心立方 體心立方 復(fù)雜斜方 晶體結(jié)構(gòu)變化 （通過鐵原子自擴散、C原子擴散完成）,珠光體的形成包括：1.碳原子重新分布，由碳含量為0.77%奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛嫉臐B碳體和低碳的鐵素體；2.點陣重構(gòu)（晶格重組），由面心立方的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的鐵素體和復(fù)雜斜方的滲碳體。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,1、片狀珠光體 （1）組織形態(tài),其F、Fe3C呈層狀分布 重量比：F: Fe3C = 8:1 珠光體領(lǐng)域 或稱珠光體團,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,珠光體領(lǐng)域,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,（2）珠光體的片間距S0,定義：P192 影響S0的因素： 原因：a.當形成溫度降低，碳的擴散

4、速度減慢，碳原子難以作較長距離的遷移，只能形成片層間距較小的珠光體；,TA1T轉(zhuǎn)變,b. 珠光體形成時，鐵素體與滲碳體界面能的增加，要由奧氏體與珠光體的自由能之差來提供。過冷度愈大則所能提供的自由能差愈大，即可提供更多的能量以增加F與Fe3C形成時所增加的界面能，因此過冷度越大則形成的界面越多，片間距愈小。,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,（3）片狀珠光體按S0大小分類,類型 形成溫度 S0 形態(tài),珠光體(P) A1650 450150nm 粗片 光學(xué)顯微鏡明顯分辯 片狀珠光體 索氏體(S) 650600 15080nm 細片 光學(xué)顯微鏡 （8001500X）才

5、能分辯 屈氏體(T) 600550 8030nm 更細片 電子顯微鏡下分辯,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,（4）片狀珠光體的機械性能,P片的機械性能主要決定于片間距S0和珠光體團的直徑，片間距和珠光體團的直徑越小，鋼的強度和硬度越高，塑性也越大（當S0150nm時）。,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,P片的屈服強度和斷裂強度與其S0的關(guān)系為： s (MPa) = 139 + 46.4 S0-1(m-1) f (MPa) = 436.5 + 98.1 S0-1(m-1) 式中：s屈服強度，f斷裂強度，S0珠光體片間距,P片屈服強度與珠光體團尺寸的關(guān)系符合Hall

6、-Petch公式： S=i+Kd-1/2,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,珠光體團直徑減小使塑性提高的原因：珠光體團直徑減小，則單位體積內(nèi)片層排列方向增多，使局部產(chǎn)生大量塑性變形引起應(yīng)力集中的可能性減小，因而既提高了強度，也改善了塑性。,原因：P194,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,等溫冷卻形成的片狀珠光體與連續(xù)冷卻形成的片狀珠光體其組織與性能有什么差別？,一、珠光體的組織形態(tài)和機械性能,2、粒狀珠光體,（1）組織形態(tài) 在鐵素體基本上分布著粒狀滲碳體的兩相機械混合物稱為粒狀珠光體。粒狀珠光體一般經(jīng)球化退火而得到，也可以通過淬火加回火處理得到。,2.粒狀珠光體,

7、（2）粒狀珠光體的機械性能 P粒的力學(xué)性能主要取決于滲碳體顆粒的大小、形態(tài)與分布。 鋼的成分一定時，滲碳體顆粒越細，則鋼的硬度和強度越高。滲碳體越接近等軸狀、分布越均勻，則鋼的韌性越好。 在成分相同時，粒狀珠光體比片狀珠光體的硬度稍低，但塑性更好。,2.粒狀珠光體,在硬度相同的條件下，P粒比P片具有更好的拉伸性能。 P粒還具有較好的切削加工性能（對工模具鋼而言）、冷成型性能及淬火工藝性能。 所以一般工模具鋼在鍛造后機加工前的預(yù)備熱處理為等溫球化退火，以獲得粒狀珠光體，目的是為了獲得良好的切削加工性能以及為最終熱處理作好組織準備。,二、珠光體的形成過程（珠光體的轉(zhuǎn)變機理）,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,1

8、、片狀珠光體的形成 兩個基本過程:形核和長大。,（1）珠光體的形核 亞共析鋼：鐵素體F （）珠光體轉(zhuǎn)變的領(lǐng)先相 過共析鋼:滲碳體Fe3C 共析鋼：F或Fe3C，為了 討論問題方便，一般以滲碳體為領(lǐng)先相。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,（）珠光體形核位置 領(lǐng)先相大多在奧氏體晶界或相界面（奧氏體與先共析相界面）上形核。因為這些區(qū)域缺陷較多，能量較高，原子容易擴散，容易滿足形核所需要的成分起伏、能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏的條件。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,晶核就在那些高能量、接近滲碳體（或F）含碳量和類似滲碳體(或F)晶格點陣的區(qū)域產(chǎn)生 。,二、珠光體的形成過程,（2）珠光體的長大 珠光體長大有兩種機制：一是成片形成機制；

9、二是分枝形成機制。 早期：Mehl和Hull提出成片形成機制。 1962年：Hillert開始提出分枝形成機制。 1973年：Dippenaar和Honeycombe根據(jù)透射電鏡觀察結(jié)果，證實成片形成機制和分枝形成機制是同時存在的。,二、珠光體的形成過程,（）成片形成機制：由兩個過程組成：橫向形核長大和縱向長大。,a、橫向形核長大 橫向長大是層片數(shù)增加。-P195 b、縱向長大 縱向長大是向奧氏體晶粒推進。,二、珠光體的形成過程,c、在一個珠光體領(lǐng)域形成的同時，有可能在奧氏體晶界的其它領(lǐng)域，或在已形成的珠光體領(lǐng)域的邊緣上形成新的、其它取向的滲碳體晶核，并由此形成另一個不同取向的珠光體領(lǐng)域。直到

10、各個珠光體領(lǐng)域相遇，奧氏體全部分解完了，珠光體轉(zhuǎn)變即告結(jié)束。最后得到了片狀的珠光體組織。,二、珠光體的形成過程,二、珠光體的形成過程,（）分枝形成機制,（3）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時，晶格的重構(gòu)是由鐵原子自擴散和碳原子的擴散完成的。,二、珠光體的形成過程,2、粒狀珠光體的形成 粒狀珠光體可通過平衡組織球化退火和馬氏體組織回火得到。,球化退火包括： 1.普通球化退火 2.等溫球化退火 3.周期球化退火等,通過在加熱、保溫過程中片狀或網(wǎng)狀Fe3C的斷裂、溶解、C的擴散以及隨后冷卻過程中的碳化物的析出完成的，要點如下：,二、珠光體的形成過程,加熱時，奧氏體的成分愈不均勻，愈容易得到球化組織。當奧氏體

11、化溫度較低時（略高于Ac1溫度），加熱后的奧氏體的成分不均勻a.存在富碳微區(qū)（碳化物溶解區(qū)）；b.存在大量未溶解的、凹凸不平的、厚薄不均的碳化物，該組織有利于粒狀珠光體的形成。,二、珠光體的形成過程,在保溫過程中，這些未溶解的碳化物就會由片狀逐漸變?yōu)榍驙?。其熱力學(xué)依據(jù)是在其他條件相同的情況下，片狀組織單位體積所占有的表面積大于球狀的，因而片狀的表面能大于球狀的，總自由能也是如此，所以片狀組織能自發(fā)地變成球狀的。 過程如下圖如示：,二、珠光體的形成過程,二、珠光體的形成過程,二、珠光體的形成過程,在隨后的緩冷或在A1以下等溫過程中，奧氏體中的富碳微區(qū)，會成為碳化物的結(jié)晶中心，使一部分碳化物直接析

12、出長成球狀：這些微小區(qū)域彌散分布，形成球狀碳化物的擴散距離比形成片狀的短，雖然其應(yīng)變能大于片狀珠光體，但其總自由能卻較低，因而形成粒狀珠光體。 另一部分仍以片狀成長的碳化物則在隨后的慢冷或等溫過程中逐漸球化。最終得到粒狀珠光體組織。,二、珠光體的形成過程,冷卻速度和等溫溫度(時間)對P粒顆粒的影響：P197 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時，晶格的重構(gòu)是由鐵原子的自擴散和碳原子的擴散完成的。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,三、亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,工程上使用的鋼大多是亞（過）共析鋼，它們在實際冷卻條件下的珠光體轉(zhuǎn)變基本上與共析鋼相似，只是在珠光體轉(zhuǎn)變之前還有先共析轉(zhuǎn)變，析出鐵素體（或滲碳體），并且隨后發(fā)生

13、珠光體轉(zhuǎn)變。 以下用Fe-Fe3C相圖來分析亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,先共析相與偽共析組織,Hultgren外推法認為：相圖上各條相界（即相區(qū)交界線）的延長線仍具有物理意義。將A3（GS）和Acm（ES）線延長到A1溫度以下仍具有相同的物理意義，即GS的延長線SG仍可看作是奧氏體對鐵素體的飽和線，ES線的延長線SE仍可看作是奧氏體對滲碳體的飽和線。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,如果將偏離共析成分的過冷奧氏體在SE線和SG線以下的陰影線區(qū)等溫時，則會因同時對鐵素體和滲碳體所過飽和而直接進行珠光體轉(zhuǎn)變。這種非共析成分的珠光體，在顯微組織上也是由片層狀的鐵素體和滲碳

14、體組成，但兩個相的相對含量以及片層相對厚度都不同于共析成分的珠光體。這種由偏離共析成分的過冷奧氏體所形成的珠光體稱為偽共析體或偽珠光體。通常仍習(xí)慣稱為珠光體。,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,用Fe-Fe3C相圖分析亞（過）共析鋼在T1溫度等溫的情況,三、亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,從鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線可分析出：亞、過共析鋼從奧氏體態(tài)連續(xù)冷卻時的冷卻速度越快，等溫冷卻時的等溫轉(zhuǎn)變溫度越低，（先共析相析出時間縮短，）則珠光體轉(zhuǎn)變之前析出的先共析鐵素體或滲碳體越少，偽珠光體越多。,在熱處理生產(chǎn)中，為了提高低碳鋼板的強度（珠光體類組織），可采用熱軋后立即水冷或噴霧冷卻的方法減少先共析鐵素體

15、量，增加珠光體量，并減小珠光體的片間距。,三、亞（過）共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,1.4 珠光體轉(zhuǎn)變,四、珠光體組織的應(yīng)用,鉛浴淬火可獲得高強度的繩用鋼絲、琴鋼絲和彈簧鋼絲。 鉛浴淬火可使高碳鋼獲得索氏體組織，再經(jīng)深度冷拔，獲得高強度鋼絲。索氏體具有良好的冷拔性能，是由于其片間距小，滑移可沿最短途徑進行；加上其滲碳體很?。?nm），在強烈變形時能夠彈性彎曲，使塑性變形能力增強。,四、珠光體組織的應(yīng)用,片狀珠光體經(jīng)塑性變形提高鋼絲強度的原因是位錯密度增大和亞晶粒的細化加工硬化。,作業(yè)一,1.根據(jù)影響奧氏體晶粒長大的因素，討論細化奧氏體晶粒的途徑。 2.奧氏體等溫形成速度與過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變速度隨溫度的變化有何不同？為什么？ 3.計算碳素