金屬熱處理原理與工藝6-8章復(fù)習(xí)

1、金屬熱處置原理與工藝6-8章復(fù)習(xí)資料科學(xué)與工程學(xué)院.第六章 珠光體轉(zhuǎn)變和鋼的退火與正火本章重點(diǎn)：碳鋼兩類珠光體(即片狀和粒狀)的組織形狀、構(gòu)成機(jī)制以及力學(xué)性能，掌握影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學(xué)要素。本章難點(diǎn)：珠光體(片狀和粒狀)的構(gòu)成機(jī)制。.6.1鐵素體與珠光體的組織與性能鋼中常見的珠光體有片狀珠光體和粒狀珠光體兩種。片狀珠光體：F和Fe3C層片相間的機(jī)械混合組織。粒狀珠光體：Fe3C以粒狀分布于F基體上構(gòu)成的混合組織。.片狀珠光體晶粒尺寸大小可以用片間距大小來表示，相鄰兩片F(xiàn)e3C(或F)的平均間隔S0稱珠光體的片層間距。 珠光體片層間距方向大致一樣的區(qū)域稱為“珠光體團(tuán)、“珠光體領(lǐng)域或珠光體晶粒。一

2、個原奧氏體晶粒內(nèi)可以構(gòu)成幾個珠光體晶粒。 P團(tuán)原A晶界S0Fe3C.根據(jù)珠光體片層間距S0的大小，可將珠光體分為三類：1.珠光體：用P表示；S0=15004500。光鏡下察看到F與Fe3C呈層片狀。2.索氏體：用S表示；S0=8001500。光鏡下難以區(qū)分F與Fe3C呈層片狀，電鏡下明晰察看到F與Fe3C的片層。3.屈氏體：用T表示；是極細(xì)的珠光體。S0=300800。光鏡下無法分辨F與Fe3C的層片(呈黑球狀)，電鏡下明晰察看到F與Fe3C的片層。.珠光體片層間距S0的大小，取決于過冷度T而與原奧氏體晶粒尺寸大小無關(guān)。() .珠光體的晶體構(gòu)造片狀珠光體是F和Fe3C層片相間的機(jī)械混合組織。粒

3、狀珠光體是粒狀Fe3C分布于F基體上構(gòu)成的混合組織。其中F的晶體構(gòu)造為體心立方；Fe3C為復(fù)雜斜方構(gòu)造。在珠光體構(gòu)成時，F(xiàn)與Fe3C具有兩類確定的晶體學(xué)位向關(guān)系。同時，先共析相F、Fe3C與原奧氏體也有確定的晶體學(xué)位向關(guān)系。.6.2 珠光體的構(gòu)成機(jī)制 珠光體構(gòu)成的熱力學(xué)條件(1)由于AP是在較高溫度構(gòu)成，F(xiàn)e和C原子可以長程分散，AP是分散型相變；(2)由于缺陷形核，相變耗費(fèi)的能量較小，在較小過冷度T條件下AP相變即可發(fā)生。即滿足：G = Gp-G0GGpGTA1T1GT.片狀珠光體的構(gòu)成機(jī)制 + Fe3C晶體構(gòu)造： 面心立方 體心立方 復(fù)雜斜方C%： 0.77% 0.0218% 6.67%1

4、.形核：奧氏體晶界；滿足能量起伏；構(gòu)造起伏；成分起伏三個條件。關(guān)于F和Fe3C誰領(lǐng)先形核過去不斷爭論，如今以為都有能夠成為領(lǐng)先相。.2.長大：以Fe3C為領(lǐng)先相討論，當(dāng)珠光體晶核在奧氏體晶界構(gòu)成(A、F和Fe3C三相共存)時，過冷奧氏體中存在C濃度不均勻，由于過冷奧氏體中存在C濃度不均勻，導(dǎo)致C原子分散。珠光體晶核縱向長入奧氏體晶內(nèi)。3.橫向長大：奧氏體晶核內(nèi)構(gòu)成一片F(xiàn)e3C，立刻就有兩邊F相連，搭橋機(jī)制。 GESPC1C2C3C4T1.粒狀珠光體的構(gòu)成機(jī)制 Fe3CFe3CFe3CFe3Cfff亞晶界在A1溫度以下片狀Fe3C的球化是經(jīng)過Fe3C片的破裂，斷開而逐漸球化的。 .6.3 亞過共

5、析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變偽共析組織亞(過)共析鋼快冷后抑制先共析相的析出，在非共析鋼成分下析出的共析組織(F+Fe3C)成為偽共析組織。魏氏組織工業(yè)上將先共析的片(針)狀鐵素體或片(針)狀碳化物加珠光體組織稱魏氏組織，用W表示。前者稱-Fe魏氏組織，后者稱碳化物魏氏組織。.6.4 珠光體轉(zhuǎn)變動力學(xué) 一、珠光體的成核率I和長大速度G1.形核率和長大速度與溫度的關(guān)系：形核率和長大速度與轉(zhuǎn)變溫度之間有極大值。2.形核率和長大速度與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系：當(dāng)溫度一定時，等溫時間添加，形核率I添加且很快到達(dá)飽和。當(dāng)形核部位全部耗盡后，形核率降為零(與位置有關(guān))。長大速度G與等溫時間無關(guān)。.影響珠光體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的要素1.

6、化學(xué)成分的影響(1)C%(2)合金元素2.奧氏體成分均勻性和過剩相溶解情況的影響3.奧氏體化溫度和時間的影響4.奧氏體晶粒度5.應(yīng)力和塑性變形的影響.6.5 退火的概念及其分類退火與正火的主要區(qū)別：1. 正火的冷卻速度比退火稍快，過冷度較大。2. 正火后所得到的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。.第七章 馬氏體轉(zhuǎn)變本章重點(diǎn)：馬氏體相變的主要特點(diǎn)、馬氏體的組織形狀及性能、Ms點(diǎn)定義及影響要素。本章難點(diǎn)：馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征、馬氏體產(chǎn)生異常正方度的緣由以及馬氏體相變的晶體學(xué)位向關(guān)系。.7.1 馬氏體的組織與性能板條狀馬氏體常見于低碳鋼、馬氏體時效鋼、不銹鋼中。其顯微組織是由許多成群的板條組成，稱

7、板條馬氏體。亞構(gòu)造為位錯，也稱位錯馬氏體 。.片狀馬氏體常見于淬火高、中碳鋼、及Fe-Ni-C鋼。空間形狀呈凸透鏡片外形，稱透鏡片狀馬氏體或片狀馬氏體，亞構(gòu)造為孿晶，也稱孿晶馬氏體。.馬氏體的強(qiáng)度主要決議于馬氏體的碳含量及組織構(gòu)造，而馬氏體的韌性主要取決于馬氏體的亞構(gòu)造，低碳的位錯型馬氏體具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和良好的韌性，高碳的孿晶馬氏體具有高的強(qiáng)度，但是韌性很差。.7.2 馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征一、馬氏體轉(zhuǎn)變的非恒溫性二、馬氏體轉(zhuǎn)變的外表浮凹景象和共格性三、馬氏體轉(zhuǎn)變的無分散性四、馬氏體轉(zhuǎn)變的位相關(guān)系及慣習(xí)面五、馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性.7.3馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)和轉(zhuǎn)變機(jī)制馬氏體的晶體構(gòu)造馬氏體是C在-F

8、e中的過飽和間隙式固溶體。具有體心正方點(diǎn)陣。.0.40.81.21.62.002.842.923.04含碳量，%點(diǎn)陣常數(shù)，cac/a馬氏體的點(diǎn)陣常數(shù)與C% 的關(guān)系室溫下馬氏體的點(diǎn)陣常數(shù)與C%的關(guān)系由X-ray測得：隨C%提高，馬氏體點(diǎn)陣常數(shù)c增大，a減小，正方度c/a增大. 新構(gòu)成馬氏體的正方度偏離公式給出的正方度，稱為馬氏體異常正方度。 新構(gòu)成馬氏體的正方度遠(yuǎn)高于公式給出的正方度，稱為異常高正方度。 新構(gòu)成馬氏體的正方度遠(yuǎn)低于公式給出的正方度，稱為異常低正方度。.亞點(diǎn)陣概念并非一切的C原子都能占據(jù)能夠位置，這些能夠位置可分為三組，每一組都構(gòu)成一個八面體，C原子分別占據(jù)著這些八面體的頂點(diǎn)。由C

9、原子構(gòu)成的八面體點(diǎn)陣稱為亞點(diǎn)陣。C軸稱為第三亞點(diǎn)陣；b軸稱為第二亞點(diǎn)陣；a軸稱為第三亞點(diǎn)陣。 第三亞點(diǎn)陣第二亞點(diǎn)陣第一亞點(diǎn)陣.產(chǎn)生異常正方度的原理 ：具有異常低正方度的新生馬氏體，是由于部分有序分布在第二或第一亞點(diǎn)陣的C原子添加的結(jié)果，而當(dāng)兩個亞點(diǎn)陣上C原子分布幾率不相等時，出現(xiàn)ab的正交點(diǎn)陣。具有異常高正方度的新生馬氏體，其C原子接近全部占據(jù)第三亞點(diǎn)陣。.7.4馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)和動力學(xué)馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)：一、相變的驅(qū)動力G = G-G0如下圖，馬氏體相變的驅(qū)動力G必需小于零，即轉(zhuǎn)變溫度必需低于T0以下，馬氏體轉(zhuǎn)變的開場點(diǎn)Ms在T0以下。GGGTT0T1GT.二、Ms點(diǎn)定義1.Ms點(diǎn)定義：奧氏

10、體和馬氏體兩相自在能之差到達(dá)相變所需的最小驅(qū)動力值對應(yīng)的溫度稱為Ms點(diǎn)。2.Md點(diǎn)定義：獲得形變誘發(fā)馬氏體的最高溫度。.三、影響Ms點(diǎn)的主要要素一、A化學(xué)成分、碳含量Wc： Wc，Ms、Mf、合金元素： 除Co、Al以外，大多數(shù)合金元素總使Ms 、Mf下降。二、加熱規(guī)程的影響：假設(shè)排除化學(xué)成分的影響，提高奧氏體化加熱溫度和保溫時間，使Ms升高。 三、冷卻速度： 普通的消費(fèi)條件下，冷卻速度不改動Ms，但是在高速淬火時，Ms隨冷卻速度的增大而升高。 四、應(yīng)力： 在奧氏體形狀下施加拉應(yīng)力或單向壓應(yīng)力會促進(jìn)馬氏體構(gòu)成，Ms升高。 在奧氏體形狀下施加多向壓應(yīng)力會妨礙馬氏體構(gòu)成，Ms下降。 .五、塑性變形

11、： 1、假設(shè)在Ms Md溫度范圍內(nèi)經(jīng)塑性變形會促進(jìn)奧氏體在該溫度下向馬氏體轉(zhuǎn)變，使Ms升高，產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。 2、假設(shè)在MsMf溫度范圍內(nèi)的某一溫度進(jìn)展塑性變形也會促進(jìn)奧氏體在該溫度下向馬氏體轉(zhuǎn)變。3、假設(shè)在Md以上某一溫度范圍內(nèi)經(jīng)塑性變形不會產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。六、存在先共析馬氏體組織： 馬氏體轉(zhuǎn)變之前存在珠光體，Ms點(diǎn)升高。馬氏體轉(zhuǎn)變之前存在貝氏體，Ms點(diǎn)下降。.馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)：馬氏體相變是一個形核和核長大的過程，但是由于其具有轉(zhuǎn)變速度快的特點(diǎn)，研討其動力學(xué)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)很困難，可以將馬氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)分成四種情況。.一、變溫瞬時形核、瞬時長大變溫馬氏體轉(zhuǎn)變二、等溫形核、瞬時長大等溫馬氏體

12、轉(zhuǎn)變?nèi)⒆杂|發(fā)形核、瞬時長大迸發(fā)式馬氏體轉(zhuǎn)變 四、外表馬氏體轉(zhuǎn)變各自的特點(diǎn)。.奧氏體的穩(wěn)定化：定義：奧氏體由于內(nèi)部構(gòu)造在外界條件的影響下發(fā)生了某種變化，使其向馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生遲滯的景象稱為奧氏體穩(wěn)定化。分類：奧氏體穩(wěn)定化分為熱穩(wěn)定化和機(jī)械穩(wěn)定化兩種。.一、奧氏體的熱穩(wěn)定化產(chǎn)活力理：C、N原子在適當(dāng)溫度下(熱穩(wěn)定化溫度)向點(diǎn)陣位錯處偏聚，釘扎位錯，不僅強(qiáng)化奧氏體，使馬氏體相變切變阻力增大，同時釘扎馬氏體核坯，妨礙其長大，因此必需附加化學(xué)驅(qū)動力以抑制溶質(zhì)原子的釘扎力。二、奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化產(chǎn)活力理：由于塑性變形引入缺陷(或使缺陷添加)，破壞了母相與新相之間的共格關(guān)系，使馬氏體轉(zhuǎn)變時原子運(yùn)動發(fā)生困難。

13、.第八章 貝氏體轉(zhuǎn)變普通將具有一定過飽和度的相和Fe3C組成的非層狀組織稱為貝氏體。.8.1 貝氏體的組織和性能 由于轉(zhuǎn)變溫度的不同，貝氏體有以下幾種形狀：上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、無碳化物貝氏體、柱狀貝氏體。 .一、上貝氏體過飽和的平行條狀相和夾于相條間的斷續(xù)條狀Fe3C的混合物。外形如羽毛，又稱羽毛狀貝氏體。在原奧氏體晶界形核，沿晶界一側(cè)或兩側(cè)向晶內(nèi)長大。(1)構(gòu)成溫度：中高碳鋼350550；又稱高溫貝氏體；構(gòu)成溫度低，相條變薄，碳化物彌散度增大，細(xì)化晶粒。(2)亞構(gòu)造：位錯纏解。比板條馬氏體低23個數(shù)量級，構(gòu)成溫度越低，位錯密度越大。(3)光鏡下，相呈條狀或針狀，少數(shù)呈橢圓狀或矩形

14、；電鏡下明晰可見斷續(xù)條狀Fe3C分布于相條間。(4)C%添加，相條增多、變薄，F(xiàn)e3C量添加、變細(xì)，碳化物由粒狀鏈珠狀斷續(xù)條狀。合金元素Si、Al、添加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制Fe3C析出，使剩余奧氏體數(shù)量增多。.二、下貝氏體過飽和的片狀相和其內(nèi)部沉淀的Fe3C的混合物。外形為針狀、片狀或竹葉狀。各針狀物間有一定交角。碳化物細(xì)小、彌散，呈粒狀和細(xì)片狀陳列成行，與相長軸方向成5565。(1)構(gòu)成溫度：中高碳鋼350Ms；又稱低溫貝氏體。(2)亞構(gòu)造：纏解位錯。比上貝氏體位錯密度高，未發(fā)現(xiàn)孿晶。(3)光鏡下，相呈暗黑色針狀或片狀，各針狀有一定交角；電鏡下明晰可見陳列成行的粒狀或片狀Fe3C分布于相條內(nèi)

15、，與相長軸方向交成5560，也能夠分布在相條外。(4)下貝氏體相內(nèi)含有過飽和C原子，其固溶量比上貝氏體高。上貝氏體的相平行，下貝氏體的相有交角。.貝氏體的強(qiáng)度隨構(gòu)成溫度降低而加強(qiáng)。隨貝氏體的構(gòu)成溫度的降低，強(qiáng)度的逐漸添加，韌性并不降低，反而有所添加。.8.2 貝氏體轉(zhuǎn)變的根本特征一貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍二貝氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物三貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)四貝氏體轉(zhuǎn)變的不完全性五貝氏體轉(zhuǎn)變的分散性六貝氏體轉(zhuǎn)變晶體學(xué)特征七貝氏體中F的碳含量.8.3 貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖也呈C形。轉(zhuǎn)變在BS溫度以下才干實(shí)行。.影響貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的要素：1、碳含量隨A中碳含量的添加，B轉(zhuǎn)變速度下降。 2、合金元素除Co、