固態(tài)相變課件

固態(tài)相變課件第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日四.轉變的不完全性轉變結束時總有一部分未轉變的A，繼續(xù)冷卻A→M，形成B+M+AR組織，其中AR為殘余A。五.擴散性轉變形成高碳相和低碳相，故有碳原子擴散，但合金元素和鐵原子不擴散或不作長程擴散。六.晶體學特征貝氏體形成時，有表面浮突，位向關系和慣習面接近于M?？傊?，貝氏體轉變的某些特征與P相似，某些方面又與M相似。第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)貝氏體組織形態(tài)和晶體學貝氏體有下列主要的組織形態(tài)：一.無碳化物貝氏體在靠近BS的溫度處形成這種貝氏體，是由F+A組成。其形態(tài)可見圖，是在A晶界上形成了F核后，向晶內(nèi)一側成束長大，形成的平行的板條束，條間為富碳的A，板條寬度隨轉變溫度下降而變窄.

繼續(xù)冷卻，A可能轉變?yōu)镸、P、B(其他類型)或保留至室溫。F條形成時在拋光表面會形成浮凸.B與A的位向關系為K-S關系，慣習面為{111}A。第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.上貝氏體(B上)B上在B轉變的較高溫度區(qū)域內(nèi)形成，對于中、高碳鋼,此溫度約在350550℃區(qū)間。組織為(F+碳化物)的二相混合物。其形態(tài)在光鏡下為羽毛狀(見圖)。在電鏡下為一束平行的自A晶界長入晶內(nèi)的F條。束內(nèi)F有小位向差，束間有大角度差，F(xiàn)條與M板條相近。碳化物分布在鐵素體條間，隨A中含碳量增高，其形態(tài)由粒狀向鏈狀甚至桿狀發(fā)展(見圖)。F內(nèi)亞結構為位錯，慣習面為{111}A，與A之間的位向接近K-S關系，碳化物慣習面為{227}A，與A有確定位向關系。第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日三.下貝氏體B下在B轉變的低溫轉變區(qū)形成，大致在350℃，組織為(F+碳化物)的二相混合物。F的形態(tài)與A碳含量有關:碳量低時呈板條狀(見圖)。碳量高時，呈片狀(見圖)。片內(nèi)存在細小碳化物，呈短桿狀與F的長軸成55-60度，成分為Fe3C或Fe2-3C。四.粒狀貝氏體在一定的冷速范圍內(nèi)連續(xù)冷卻得到的，組織為(F+A)的二相混合物。其形態(tài)為F基體上分布著小島狀的A(見圖)。富碳的A小島在隨后的冷卻過程中有三種可能:◆分解為F與碳化物;◆轉變?yōu)镸;◆以A態(tài)保留至室溫。第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)貝氏體轉變動力學一.貝氏體等溫轉變動力學曲線貝氏體等溫轉變動力學曲線也呈S形，但與珠光體轉變不同，貝氏體等溫轉變不能繼續(xù)到終了。根據(jù)貝氏體轉變動力學曲線，可作出等溫轉變動力學圖，如圖。可見，此動力學圖也呈C形。轉變在BS溫度以下才能實行，轉變速度先增后減。近年來，由于測試靈敏度的提高，人們發(fā)現(xiàn)貝氏體轉變的C曲線是由二個獨立的曲線，即上貝氏體轉變和下貝氏體轉變合并而成，如圖。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.轉變時碳的擴散第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日三.影響貝氏體轉變的動力學的主要因素1.碳含量的影響

A中碳含量的增加，轉變時需擴散的原子量增加，轉變速度下降。2.奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響奧氏體晶粒越大，晶界面積越少，形核部位越少,孕育期越長,貝氏體轉變速度下降;奧氏體化溫度越高，奧氏體晶粒越大，轉變速度先降后增。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)貝氏體轉變熱力學及轉變機制一.貝氏體轉變熱力學貝氏體轉變可有三種可能:(1)奧氏體分解為平衡濃度的α+Fe3C，即γ→α+Fe3C(2)奧氏體先析出先共析鐵素體，即γ→α+γ1,γ1在隨后的冷卻過程中進一步轉變.(3)奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分的α‘(過飽和)，然后α’分解成Fe3C及低飽和度α‘’，即γ→α‘(過飽和)，α’→α‘’+Fe3C，經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn)：以方式(1)機制轉變的相變驅動力最大，這就表示(2)、(3)中的γ1和α'都是熱力學不穩(wěn)定的，最終要分解為平衡相α和Fe3C。以(3)中的切變方式轉變，驅動力為180J/mol，而在BS時相變的阻力在600J/mol以上,阻力大于驅動力,所以至少在貝氏體轉變的上限溫度(3)中的方式不可能而以(2)中的γ→α＋γ1擴散方式進行。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.貝氏體轉變過程1.無碳化物貝氏體(高溫范圍轉變)，組織為F+A(富碳).(1)A中形成貧碳及富碳區(qū)，首先是在貧碳區(qū)形成F核;(2)由于轉變溫度較高，碳原子可在F中越過F/A界面向A擴散，直至達到平衡濃度;(3)A、F界面上的碳原子向A中遠離界面處擴散;(4)繼續(xù)形成F核，并長大成條;(5)A繼續(xù)富化，當達到Fe3C濃度時會析出Fe3C，在繼續(xù)冷卻或保溫過程中A也能發(fā)生轉變，成為P、M、其它類型B或保留至室溫成為殘余奧氏體AR。整個過程可見圖。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日2.上貝氏體轉變(中溫范圍轉變，在350550℃之間)，組織為F+Fe3C.(1)在A中貧碳區(qū)形成F核;(2)碳越過F/A界面向A擴散;(3)由于溫度降低，碳不能進行遠程擴散，而在A界面附近堆積，形成Fe3C;(4)同時F長大，形成羽毛狀上貝氏體.可見,上貝氏體的轉變速度受碳在A中擴散控制。整個過程可見圖。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日3下貝氏體轉變(低溫范圍轉變，低于350℃)(1)在貧碳區(qū)形成F核，具有過飽和的碳;(2)由于溫度低，碳原子不能越過F/A界面擴散至A中;(3)碳原子在F內(nèi)擴散;(4)在F內(nèi)一定晶面上析出Fe3C，以降低能量,同時鐵素體長大.可見,下貝氏體轉變速度受碳在F中的擴散所控制。整個過程可見圖。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日珠光體、貝氏體、馬氏體轉變主要特征內(nèi)容珠光體轉變貝氏體轉變馬氏體轉變溫度范圍高溫中溫低溫轉變上限溫度A1BSMS領先相滲碳體或鐵素體鐵素體形核部位奧氏體晶界上貝氏體在晶界,下貝氏體大多在晶內(nèi)在晶內(nèi)轉變時點陣切變無？有碳原子的擴散有有基本上無鐵及合金元素原子的擴散有無無等溫轉變完全性完全視轉變溫度定不完全轉變產(chǎn)物α+Fe3Cα+Fe3C或ε-Fe2-3Cα'冷卻過程中的幾種轉變的主要特征見下表。第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第五節(jié)貝氏體的力學性能一.貝氏體的強度(硬度)一般地,貝氏體的強度隨形成溫度的降低而提高,如圖。貝氏體的硬度與形成溫度的關系與此相似.第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日影響貝氏體強度的因素:(1)F條(片)的粗細：F條(片)越細，晶界越多，貝氏體強度越高。由于F條(片)的粗細決定于形成溫度，也可認為，形成溫度越低，條(片)越細，強度越高。(2)碳化物質點的大小與分布：根據(jù)彌散強化理論，碳化物顆粒愈小，分布越彌散，貝氏體強度越高。下貝氏體中碳化物顆粒小，顆粒量多，故下貝氏體強度高于上貝氏體。貝氏體形成溫度愈低時，碳化物顆粒愈小、越多，強度越高。(3)F的過飽和度，位錯亞結構密度：貝氏體形成溫度低時，碳原子不易通過界面擴散，F(xiàn)的過飽和增加，位錯密度增加，強度增加?？傊?，貝氏體形成溫度越低，強度越高。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.貝氏體的韌性在350℃以上時，組織中大部分為上貝氏體時，沖擊韌性會大大下降，如圖。上貝氏體的沖擊韌性低于下貝氏體的原因有:(1)脆性Fe3C分布于F條間，造成脆性通道;(2)上貝氏體由彼此平行的F條構成，好似一個晶粒，而下貝氏體鐵素體片彼此位向差很大,能看作一個晶粒的部位尺寸很小,所以上貝氏體的有效晶粒直徑遠遠大于下貝氏體。

第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第四章習題(1)一般地,貝氏體轉變產(chǎn)物為___的二相混合物,為非層片狀組織.a.A與Fb.A與碳化物c.A與Pd.α相與碳化物(2)貝氏體形成時,有___,位向共系和慣習面接近于M.a.表面浮凸b.切變c.孿晶d.層錯(3)簡述無碳化物貝氏體形成過程.(4)簡述上貝氏體在光鏡和電鏡下形態(tài).(5)簡述下貝氏體在光鏡和電鏡下形態(tài).(6)簡述粒狀貝氏體的形成過程及形態(tài).(7)近年來,人們發(fā)現(xiàn)貝氏體轉變的C曲線是由二個獨立的曲線,即_____和____合并而成的.a.P轉變,B轉變b.B轉變,P轉變c.B上轉變,B下轉變d.P轉變,P轉變(8)貝氏體轉變時,由于溫度較高,會存在____的擴散.a.鐵原子b.碳原子c.鐵和碳原子d.合金元素(9)隨A中碳含量增加,A晶粒增大,B轉變速度___.a.下降b.上升c.不變d.先降后增第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日(10)貝氏體轉變有幾種可能,試用熱力學觀點加以分析.(11)試圖解敘述無碳化物貝氏體的轉變過程.(12)試圖解敘述上貝氏體的轉變過程.(13)試圖解敘述下貝氏體的轉變過程.(14)貝氏體的強度隨形成溫度的降低而____.a.降低b.不變c.無規(guī)律變化d.提高(15)碳鋼在____℃以上等溫淬火,組織中大部分為上貝氏體時,沖擊韌性會大大降低.a.400b.450c.350d.300(16)下貝氏體的強度___上貝氏體,韌性___上貝氏體.a.高于,優(yōu)于b.高于,不如c.低于,優(yōu)于d.低于,不如第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第五章過冷奧氏體轉變動力學圖第一節(jié)過冷奧氏體低溫轉變動力學圖過冷A在非平衡條件下冷卻,可有如圖的幾種形式，其中：(a)dT/dτ=0，為等溫冷卻;(b)dT/dτ=C，為連續(xù)冷卻;(c)dT/dτ=f(τ)，為實際冷卻。一.過冷奧氏體等溫轉變動力學圖的基本形式過冷奧氏體等溫轉變動力學圖的基本形式，見圖?？v坐標為溫度，橫坐標為時間，以對數(shù)分度。第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日圖上部一條虛線表示臨界點A1，下部一條實線表示馬氏體轉變開始點MS。兩橫線之間有三條C形曲線:左邊一條為轉變開始線，右為轉變終了線，中間一條為轉變量為50%的線.縱坐標和轉變開始線之間的區(qū)域為孕育期。孕育期最短的部位，即轉變開始線的突出部分，稱為鼻子。轉變產(chǎn)物依等溫溫度不同，大體可分為三個溫度區(qū):●高溫區(qū):在臨界點A1以下，珠光體型組織轉變區(qū)，A→P；●低溫區(qū):在MS以下，發(fā)生馬氏體轉變的區(qū)域，A→M；●中溫區(qū):在A1以下、MS以上，發(fā)生貝氏體轉變的區(qū)域，A→B。在轉變終了線右邊，對A→P而言，A全部轉變?yōu)镻；在轉變終了線左邊，對A→B而言，A不能全部轉變?yōu)锽，會保留有未轉變的AR；在轉變開始線和終了線之間為二相組織。第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日由于形狀的緣故，上述C形曲線也稱為C曲線，或TTT曲線(TimeTemperatureTransformation的縮寫)。上圖實際是共析鋼的A等溫轉變圖，對亞共析鋼和過共析鋼的A等溫轉變，在C曲線的右上方會有先共析相析出線，如圖。其中，A→F為先共析F析出線;A→C為先共析碳化物析出線。常見的C曲線有四種形狀，如圖，其中:(a)表示A→P和A→B轉變線重疊;(b)表示轉變終了線出現(xiàn)的二個鼻子;(c)表示轉變終了線分開，珠光體轉變的鼻尖離縱軸遠;(d)表示形成了二組獨立的C曲線。第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.影響過冷奧氏體等溫轉變動力學圖形狀的因素1．碳含量的影響亞共析鋼中,隨碳含量的上升,C曲線右移;過共析鋼中,隨碳含量的上升,C曲線左移;因此,共析鋼的C曲線離縱軸最遠，共析鋼的過冷A最穩(wěn)定。2．奧氏體晶粒大小的影響奧氏體晶粒度增加，晶界面積增多，使晶界形核的P易于形核，有利于轉變發(fā)生，C曲線左移,但對晶內(nèi)形核的B，影響不大。奧氏體化溫度高，A晶粒粗大，使P難于形核,A均勻化程度高，濃度梯度下降，形核長大減慢，C曲線右移。要指明成分，晶粒度及奧氏體化溫度,才可查得相應的C曲線.三.C曲線測定方法常見測定方法有:●金相硬度法；●膨脹法；●磁性法及電阻法等.第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日采用金相硬度法，測定的具體方法如下:用圓薄片(直徑為15mm，厚1.5mm)試樣一組，奧氏體化后，迅速置入恒溫鹽浴爐中，將各試樣停留不同時間后，淬入鹽水，則淬火后得到的馬氏體量即等溫過程中未及轉變的奧氏體量(這些馬氏體量可用硬度法和金相法配合進行測定)。將不同停留時間下轉變了的奧氏體量記錄在時間--溫度坐標中,就制得了C曲線.第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日四.C曲線的應用1．等溫淬火將加熱到淬火溫度的零件淬入350℃至MS點之間的恒溫槽中,長時間等溫,如圖操作,以得到下貝氏體;2.等溫退火，用于合金鋼鍛、鑄件，以消除冷卻時形成的巨大應力。操作時將零件加熱到完全退火的高溫區(qū)域,再冷卻到A→P區(qū)域等溫,使發(fā)生P轉變.3．形變熱處理將合金鋼加熱到兩條C曲線中間的A穩(wěn)定區(qū)域變形，可提高缺陷密度及材料強度。第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)過冷奧氏體連續(xù)轉變動力學圖一.過冷奧氏體連續(xù)轉變動力學圖的基本形式過冷奧氏體連續(xù)轉變動力學圖的基本形式見圖,該圖的縱坐標為溫度，橫坐標為時間，采用對數(shù)坐標。圖內(nèi)有各種產(chǎn)物存在的區(qū)域和各種速度的冷卻曲線。冷卻曲線終端的小圓圈內(nèi)數(shù)字為轉變產(chǎn)物的硬度值，可為洛氏硬度或維氏硬度。冷卻曲線與轉變終了線交點處的數(shù)字為該產(chǎn)物所占的百分數(shù)。馬氏體轉變開始線與等溫轉變動力學圖不同,MS不再為水平線，而是向右下側傾斜，這是由于P與B的轉化，使A得到富化而使MS降低的緣故。根據(jù)各冷卻曲線通過的區(qū)域及其與轉變終了線交點處的數(shù)字,就可斷定在該冷速下冷卻可得到的轉變產(chǎn)物及其所占的百分數(shù).連續(xù)轉變動力學圖與奧氏體化條件(溫度、時間)有關，與奧氏體晶粒度有關，原因同等溫轉變相似。不同的冷卻速度可得到不同產(chǎn)物，此圖也叫CCT圖(即ContinuousCoolingTransformation)。第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日35CrMo鋼的CCT圖AC3第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日二.另一種形式的CCT圖另一種形式的CCT圖見圖.每一確定的冷速又對應了不同冷卻條件(空冷、油冷、水冷)下的某一直徑的心部冷速。如:700℃時的冷速為50℃/min，就相當于直徑為50mm空冷的圓棒，直徑為250mm油冷的圓棒及直徑為270mm水冷的圓棒心部的冷速。圖中的粗實線表示了不同的轉變，其中，各平行線表示了轉變的百分數(shù)。上圖的應用如下：（1）了解和確定轉變的范圍，如在圖中可讀出，貝氏體轉變發(fā)生在490℃至MS之間。又如已知了冷卻介質和試樣直徑，從圖上可直接讀出心部組織。例如，可讀出直徑50mm的試樣，空冷后心部得到貝氏體組織。（2）確定臨界直徑和臨界冷卻速度。臨界直徑即淬火后，整個圓棒均為馬氏體的最大直徑；臨界冷速即淬火后，整個圓棒均為馬氏體的最小冷速。例如，由圖可讀出，空冷臨界直徑為10mm，油冷臨界直徑為100mm，水冷臨界直徑為120mm。第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日該圖的縱坐標為溫度，橫坐標為用700℃時心部的冷速來表示的。每一確定的冷速又對應了不同冷卻條件(空冷、油冷、水冷)下的某一直徑的心部冷速。如:700℃時的冷速為50℃/min，就相當于直徑為50mm空冷的圓棒，直徑為250mm油冷的圓棒及直徑為270mm水冷的圓棒心部的冷速。圖中的粗實線表示了不同的轉變，其中，各