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：許云波研究生課程：金屬成型過程的組織性能控制金屬固態(tài)相變的分類相變按平衡狀態(tài)分類：平衡轉(zhuǎn)變；非平衡轉(zhuǎn)變；按原子遷移特征分類：擴散型；無擴散型；按熱力學分類：一級相變；二級相變

平衡轉(zhuǎn)變純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變多形性轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變平衡脫溶調(diào)幅分解有序化轉(zhuǎn)變非平衡轉(zhuǎn)變偽共析轉(zhuǎn)變馬氏體相變貝氏體相變不平衡脫溶沉淀塊狀轉(zhuǎn)變擴散型相變界面控制擴散型相變體擴散控制擴散型相變無擴散型相變馬氏體相變按熱力學分類相變驅(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結(jié)論非均勻形核晶界形核：A界面形核；B晶棱形核；C界隅形核位錯形核新相的長大規(guī)律成分不變的協(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形核率Johnson-Mehl方程Avrami方程動力學曲線和等溫轉(zhuǎn)變圖2鋼中奧氏體奧氏體組織、晶胞、晶格參數(shù)奧氏體形成機理驅(qū)動力，加熱和冷卻時的臨界點奧氏體晶核形核地點奧氏體晶核的長大奧氏體晶核在珠光體中的長大奧氏體等溫形成動力學共析碳素鋼奧氏體等溫形成動力學亞共析鋼的等溫TTA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加熱溫度的影響鋼中碳含量和原始組織的影響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加熱溫度和保溫時間的影響化學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珠光體共析分解組織形態(tài)各類珠光體的電鏡照片珠光體分解機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特定條件過冷奧氏體的分解片狀珠光體的低溫退火高溫回火共析碳素鋼的TTT圖退火用TTT圖連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學影響共析分解的內(nèi)在機制奧氏體固溶量的影響奧氏體狀態(tài)的影響合金元素的影響

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；系統(tǒng)整合的作用合金元素的影響馬氏體相變馬氏體相變的基本特征：切變共格和表面浮凸現(xiàn)象；無擴散性；位向關(guān)系和慣習面；亞結(jié)構(gòu)馬氏體相變的判據(jù)和定義

不變平面應(yīng)變的晶格改組；無需擴散；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，得到具有嚴格晶體學關(guān)系和慣習面的，形成相中伴生極高密度位錯、層錯或精細孿晶等晶體缺陷的整合組織。馬氏體相變的分類按相變驅(qū)動力分類；按馬氏體相變動力學特征分類；變溫馬氏體相變等溫馬氏體相變熱彈性馬氏體相變馬氏體相變熱力學鋼的馬氏體點Ms馬氏體的組織形態(tài)及物理本質(zhì)馬氏體的物理本質(zhì)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驗鋼的碳含量低，Ms點比較高，因而在淬火過程中會有自回火現(xiàn)象的發(fā)生，析出ε－碳化物。ε－碳化物非常細小，呈片狀，主要沿馬氏體{111}M面上析出，尺寸在幾十個納米左右。由于ε－碳化物的慣習面是{111}M，因此在同一個視域內(nèi)能看到兩個或者三個方向的ε－碳化物。AB

圖5.8試驗鋼在淬火條件下的馬氏體組織

A）板條馬氏體B）回火馬氏體B馬氏體的組織形態(tài)體心正方馬氏體（大于0.2%-1.9%C）馬氏體的組織形態(tài)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Fe-Ni、Fe-Ni-C合金馬氏體Fe-M合金馬氏體Fe-Cr-Ni，F(xiàn)e-Mn合金馬氏體貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體相變理論研究進展和學術(shù)論爭貝氏體相變的基本特征的共識貝氏體的定義：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θ-滲碳體或ε-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。切變-擴散整合機制上貝氏體形貌－無碳貝氏體上貝氏體形貌－粒狀貝氏體上貝氏體形貌－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亞結(jié)構(gòu)粒狀組織和魏氏組織貝氏體相變動力學

貝氏體轉(zhuǎn)變TTT圖與珠光體的比較貝氏體相變的過渡性中溫轉(zhuǎn)變是過冷奧氏體轉(zhuǎn)變中間過渡環(huán)節(jié)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)別不同冷速下光學顯微組織變形40%，冷卻速度：A)0.1℃/sB)0.2℃/sC)0.5℃/sD)1℃/sE)5℃/sF)10℃/sG)20℃/sABCDEF

G不同冷速下光學顯微組織無變形，冷卻速度：H)0.1℃/sI)0.2℃/sJ)0.5℃/sK)1℃/sL)5℃/sM)10℃/sN)20℃/sIJKMN

LH馬氏體的回火轉(zhuǎn)變回火的原因：I,II,III回火的概念：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；α相的回復、再結(jié)晶；內(nèi)應(yīng)力消除等馬氏體的回火產(chǎn)物及其概念碳原子的偏聚弘津氣團：柯垂爾氣團：位錯線上碳原子偏聚。θ-Fe3C的過渡相合金馬氏體的回火Fe-M-C馬氏體脫溶時的平衡相Fe-M-C馬氏體脫溶貫序平衡相為θ-Fe3C的Fe-M-C馬氏體脫溶；平衡相為復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-C平衡相為MC的Fe-M-C馬氏體脫溶Fe-M-C馬氏體脫溶的時間貫序α相的物理狀態(tài)變化亞結(jié)構(gòu)的變化：（1）回復、再結(jié)晶；（2）內(nèi)應(yīng)力的消除

A第一類內(nèi)應(yīng)力