金屬固態(tài)相變的基本規(guī)律

1、金屬固態(tài)相變的基本規(guī)律金屬固態(tài)相變的基本規(guī)律主講：主講：許云波許云波研究生課程：金屬成型過程的組織性能控制研究生課程：金屬成型過程的組織性能控制金屬固態(tài)相變的分類金屬固態(tài)相變的分類l相變按平衡狀態(tài)分類相變按平衡狀態(tài)分類：平衡轉(zhuǎn)變；非平衡轉(zhuǎn)變；l按原子遷移特征分類按原子遷移特征分類：擴(kuò)散型；無擴(kuò)散型；l按熱力學(xué)分類按熱力學(xué)分類：一級相變；二級相變 平衡轉(zhuǎn)變l純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變l多形性轉(zhuǎn)變l共析轉(zhuǎn)變l包析轉(zhuǎn)變l平衡脫溶l調(diào)幅分解l有序化轉(zhuǎn)變非平衡轉(zhuǎn)變l 偽共析轉(zhuǎn)變l 馬氏體相變l 貝氏體相變l 不平衡脫溶沉淀l 塊狀轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型相變l界面控制擴(kuò)散型相變l體擴(kuò)散控制擴(kuò)散型相變無擴(kuò)散型相變l馬氏體相變

2、按熱力學(xué)分類相變驅(qū)動力相變阻力界面能相變阻力界面能相變阻力界面能均勻形核幾點(diǎn)結(jié)論非均勻形核l晶界形核：A 界面形核；B 晶棱形核；C界隅形核l位錯形核新相的長大規(guī)律l 成分不變的協(xié)同型轉(zhuǎn)變；成分不變的非協(xié)同型轉(zhuǎn)變長大成分改變的非協(xié)同型轉(zhuǎn)變長大成分改變的非協(xié)同型轉(zhuǎn)變長大應(yīng)用舉例鋼中奧氏體晶粒長大相變動力學(xué)l形核率lJohnson-Mehl方程lAvrami方程l動力學(xué)曲線和等溫轉(zhuǎn)變圖2 鋼中奧氏體l奧氏體組織、晶胞、晶格參數(shù)奧氏體形成機(jī)理l驅(qū)動力，加熱和冷卻時的臨界點(diǎn)奧氏體晶核形核地點(diǎn)奧氏體晶核的長大l奧氏體晶核在珠光體中的長大奧氏體等溫形成動力學(xué)l共析碳素鋼奧氏體等溫形成動力學(xué)亞共析鋼的等溫T

3、TA曲線連續(xù)加熱的TTA奧氏體形核率和長大速度影響奧氏體形成速度的因素l加熱溫度的影響l鋼中碳含量和原始組織的影響l合金元素的影響連續(xù)加熱時奧氏體的形成特征奧氏體晶粒長大機(jī)理硬相微粒對奧氏體晶界的釘軋影響奧氏體晶粒長大的因素l加熱溫度和保溫時間的影響l化學(xué)成分的影響針狀奧氏體的形成球形奧氏體的形成影響非平衡組織加熱轉(zhuǎn)變因素粗大奧氏體晶粒的遺傳性和防止3 珠光體共析分解l組織形態(tài)各類珠光體的電鏡照片珠光體分解機(jī)理珠光體晶核形成長大珠光體端向長大鋼中粒狀珠光體形成l特定條件過冷奧氏體的分解l片狀珠光體的低溫退火l高溫回火共析碳素鋼的TTT圖退火用TTT圖連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學(xué)影響共析分解的內(nèi)在機(jī)制l奧

4、氏體固溶量的影響l奧氏體狀態(tài)的影響l合金元素的影響 1. 對珠光體長大速度的影響； 2. 對珠光體分解時碳化物長大的影響；l系統(tǒng)整合的作用合金元素的影響馬氏體相變l馬氏體相變的基本特征：切變共格和表面浮凸現(xiàn)象；無擴(kuò)散性；位向關(guān)系和慣習(xí)面；亞結(jié)構(gòu)馬氏體相變的判據(jù)和定義l 不變平面應(yīng)變的晶格改組；l 無需擴(kuò)散；l 相變伴生極高密度的晶體缺陷：孿晶、位錯、位錯、層錯等亞結(jié)構(gòu)定義：原子經(jīng)無需擴(kuò)散切變位移的不變平面應(yīng)變的晶格改組過程，得到具有嚴(yán)格晶體學(xué)關(guān)系和慣習(xí)面的，形成相中伴生極高密度位錯、層錯或精細(xì)孿晶等晶體缺陷的整合組織。馬氏體相變的分類l按相變驅(qū)動力分類；l按馬氏體相變動力學(xué)特征分類；l變溫馬氏

5、體相變l等溫馬氏體相變l熱彈性馬氏體相變馬氏體相變熱力學(xué)鋼的馬氏體點(diǎn)Ms馬氏體的組織形態(tài)及物理本質(zhì)l馬氏體的物理本質(zhì)l低碳體心立方馬氏體（小于0.2%C）組織形態(tài)圖5.8是試驗(yàn)鋼在900變形60淬火得到的兩種馬氏體的形貌。從圖中可以看出，試驗(yàn)鋼在淬火條件下的馬氏體有板條馬氏體和回火馬氏體。其中的回火馬氏體是由于實(shí)驗(yàn)鋼的碳含量低，Ms點(diǎn)比較高，因而在淬火過程中會有自回火現(xiàn)象的發(fā)生，析出碳化物。碳化物非常細(xì)小，呈片狀，主要沿馬氏體111M面上析出，尺寸在幾十個納米左右。由于碳化物的慣習(xí)面是111M，因此在同一個視域內(nèi)能看到兩個或者三個方向的碳化物。AB 圖5.8 試驗(yàn)鋼在淬火條件下的馬氏體組織 A

6、）板條馬氏體 B）回火馬氏體B馬氏體的組織形態(tài)l 體心正方馬氏體（大于0.2%-1.9%C）馬氏體的組織形態(tài)l 組織形態(tài)由板條狀過渡到片狀、凸透鏡狀Fe-M系合金馬氏體lFe-Ni、Fe-Ni-C合金馬氏體Fe-M合金馬氏體lFe-Cr-Ni，F(xiàn)e-Mn合金馬氏體貝氏體轉(zhuǎn)變l貝氏體相變理論研究進(jìn)展和學(xué)術(shù)論爭l貝氏體相變的基本特征的共識l貝氏體的定義：鋼中過冷奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，它以貝氏體鐵素體為基體，同時可能存在-滲碳體或-碳化物、殘留奧氏體等相構(gòu)成的整合組織。貝氏體鐵素體的形貌多呈條片狀，內(nèi)部有規(guī)則排列的亞單元和高密度位錯。l切變-擴(kuò)散整合機(jī)制上貝氏體形貌無碳貝氏體上貝氏體形貌粒狀貝氏體上

7、貝氏體形貌經(jīng)典上貝氏體下貝氏體形貌經(jīng)典下貝氏體工業(yè)用鋼中的貝氏體組織貝氏體組織中的精細(xì)亞結(jié)構(gòu)粒狀組織和魏氏組織貝氏體相變動力學(xué) 貝氏體轉(zhuǎn)變TTT圖與珠光體的比較貝氏體相變的過渡性l中溫轉(zhuǎn)變是過冷奧氏體轉(zhuǎn)變中間過渡環(huán)節(jié)l上貝氏體轉(zhuǎn)變和珠光體分解的聯(lián)系與區(qū)別下貝氏體與馬氏體的聯(lián)系與區(qū)別不同冷速下光學(xué)顯微組織變形40%，冷卻速度：A) 0.1/s B) 0.2/s C) 0.5/s D) 1/s E) 5/sF) 10/s G) 20/sABCDEF G不同冷速下光學(xué)顯微組織無變形，冷卻速度：H) 0.1/s I) 0.2/s J) 0.5/s K) 1/s L) 5/s M) 10/s N) 20

8、/s IJKMN LH馬氏體的回火轉(zhuǎn)變l回火的原因：I,II,IIIl回火的概念：l回火轉(zhuǎn)變：馬氏體分解；殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變；碳化物的析出、轉(zhuǎn)化、聚集長大；相的回復(fù)、再結(jié)晶；內(nèi)應(yīng)力消除等l馬氏體的回火產(chǎn)物及其概念碳原子的偏聚l弘津氣團(tuán)：l柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)：位錯線上碳原子偏聚。-Fe3C的過渡相合金馬氏體的回火lFe-M-C馬氏體脫溶時的平衡相Fe-M-C馬氏體脫溶貫序l平衡相為-Fe3C的Fe-M-C馬氏體脫溶；l平衡相為復(fù)雜合金碳化物的脫溶； （1）常見的以W、Mo為主要合金元素的馬氏體以M6C和M6C M23C6為平衡相 （2）以M7C3、M23C6為平衡相的Fe-Cr-Cl平衡相為MC的Fe-M-C馬氏體脫溶lFe-M-C馬氏體脫溶的時間貫序相的物理狀態(tài)變化l亞結(jié)構(gòu)的變化： （1）回復(fù)、再結(jié)晶； （2）內(nèi)應(yīng)力的消除 A 第一類內(nèi)應(yīng)力：存在于鋼件整體范圍內(nèi)，各個部位之間的