第三章__奧氏體的形成

1、返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT第三章第三章 奧氏體的形成奧氏體的形成3.1、奧氏體的形成、奧氏體的形成3.2、奧氏體形成機理、奧氏體形成機理3.3、奧氏體轉變動力學、奧氏體轉變動力學3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTAB + L 是不是所有的金屬材料都可以進行熱處理呢？是不是所有的金屬材料都可以進行熱處理呢？只有固態(tài)相變發(fā)生的合金才能進行熱處理。只有固態(tài)相變發(fā)生的合金才能進行熱處理。返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTE EF FG 912 S SP PQ Q1148

2、1148727727A AF FA+FA+FA+ FeA+ Fe3 3C CF + FeF + Fe3 3C CK KFeFe3 3C CFeFeA A1 1A AcmcmA A3 3TT C% C%返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT奧氏體的形成是鋼在加熱過程中，由珠光體轉變成奧氏體奧氏體的形成是鋼在加熱過程中，由珠光體轉變成奧氏體的過程。的過程。 相轉變：相轉變： F + FeF + Fe3 3C A C A 碳含量：碳含量： 0.02% 6.69% 0.77%0.02% 6.69% 0.77% 點陣結構點陣結構: bcc : bcc 復雜斜方復雜斜方 fccfcc返

3、 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT一、奧氏體的組織和結構一、奧氏體的組織和結構 1.1.奧氏體組織奧氏體組織 多邊形的等軸晶粒多邊形的等軸晶粒 2.2.結構結構 碳在碳在-Fe-Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體( (書圖書圖2.3)2.3)3.1、奧氏體的形成、奧氏體的形成返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT二、奧氏體性能二、奧氏體性能室溫不穩(wěn)定相室溫不穩(wěn)定相高塑性、低屈服強度高塑性、低屈服強度 利用奧氏體量改善材料塑性利用奧氏體量改善材料塑性順磁性能順磁性能 測殘余奧氏體和相變點測殘余奧氏體和相變點線膨脹系數(shù)大線膨脹系數(shù)大 應用于儀表元件應用于儀表

4、元件導熱性能差導熱性能差 耐熱鋼耐熱鋼比容最小比容最小 利用殘余奧氏體量減少材料淬火變形利用殘余奧氏體量減少材料淬火變形3.1、奧氏體的形成、奧氏體的形成返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT三、奧氏體的形成與鐵碳相圖三、奧氏體的形成與鐵碳相圖E EF FG 912 S SP PQ Q11481148727727A AF FA+FA+FA+ FeA+ Fe3 3C CF + FeF + Fe3 3C CK KFeFe3 3C CFeFeA A1 1A AcmcmA A3 3TT C% C%3.1、奧氏體的形成、奧氏體的形成平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài)實際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)實際加

5、熱狀態(tài)（非平衡態(tài)）A形成的條件形成的條件過熱過熱返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT1.平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài) AAFPFAA31亞共析鋼的奧氏體化亞共析鋼的奧氏體化 室溫下組織為室溫下組織為F+P。 A1以上，以上，F(xiàn)+A A3以上，以上，AAFTCFeA1A3Acm返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTACFeACFePcmAA331過共析鋼的奧氏體化過共析鋼的奧氏體化 室溫下組織為室溫下組織為 P+Fe3C A1以上，以上，F(xiàn)e3C+A Acm以上，以上，A 在在A1Acm之間的奧氏體化，之間的奧氏體化， 稱為稱為不完全奧氏體化不完全奧氏體化，

6、熱處，熱處 理工藝中常用。理工藝中常用。AFTCFe1.平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài) A1A3Acm返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT 2.實際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)）實際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)） 實際加熱或冷卻都是在較快的速度下進行（非平衡過實際加熱或冷卻都是在較快的速度下進行（非平衡過程），實際轉變溫度與相圖中的臨界溫度存在一定的偏離，程），實際轉變溫度與相圖中的臨界溫度存在一定的偏離，會出現(xiàn)滯后。會出現(xiàn)滯后。 也即也即G= G A - Gp 0 才發(fā)生轉變。才發(fā)生轉變。加熱時：加熱時：實際轉變溫度移向高溫，以實際轉變溫度移向高溫，以Ac表示表示Ac1、Ac3、Accm 冷卻時

7、：冷卻時：實際轉變溫度移向低溫，用實際轉變溫度移向低溫，用Ar表示表示Ar1、Ar3、Arcm返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT轉轉 變變 溫溫 度度Ac1Ac3AccmA3AcmArcmAr3Ar1A1AGSEPQF7271148P+CmF+P2.110.770.0218FeC%返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTGTA1=727GPGA GVT3. A形成的條件形成的條件 過熱（過熱（TA1）過熱度過熱度 ，Ac1 ，驅動力，驅動力 ，轉變速度，轉變速度 。返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT3.23.2、奧氏體形成機理、

8、奧氏體形成機理 形核形核+ +長大長大1.1.奧氏體的形核奧氏體的形核球狀珠光體中：球狀珠光體中： 優(yōu)先在優(yōu)先在F/FeF/Fe3 3C C界面形核界面形核片狀珠光體中：片狀珠光體中： 優(yōu)先在珠光體團的界面形核優(yōu)先在珠光體團的界面形核 也在也在F/FeF/Fe3 3C C片層界面形核片層界面形核Fe3CF珠光體團界珠光體團界FFe3CAF + FeF + Fe3 3C A C A Ac1以上以上 加熱加熱球球狀狀P形形核核片片狀狀P形形核核(珠光體類組織向珠光體類組織向A轉變）轉變）(以共析鋼為例）以共析鋼為例）返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT奧氏體在奧氏體在F/Fe

9、3C界面形核原因：界面形核原因： (1) 易獲得形成易獲得形成A所需濃度起伏，結構起伏和能量起伏所需濃度起伏，結構起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和應變能的增加減少。在相界面形核使界面能和應變能的增加減少。 G = -Gv + Gs + Ge -Gd Gv體積自由能差，體積自由能差， Gs 表面能，表面能， Ge 彈性應變能彈性應變能 相界面相界面Gs 、Ge 較小，更易滿足熱力學條件較小，更易滿足熱力學條件G 垂直于片層長大速度垂直于片層長大速度返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT45鋼在鋼在735加熱加熱10min的組織的組織15000返 回下一頁上一頁

10、 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT1.1.奧氏體的形核奧氏體的形核2.2.奧氏體的長大奧氏體的長大片狀珠光體片狀珠光體 奧氏體向垂直于片層和平行于片層方向長大奧氏體向垂直于片層和平行于片層方向長大. .球狀珠光體球狀珠光體 奧氏體的長大首先包圍滲碳體奧氏體的長大首先包圍滲碳體, ,把滲碳體和鐵素體把滲碳體和鐵素體隔開隔開, ,然后通過然后通過A/FA/F界面向鐵素體一側推移界面向鐵素體一側推移, A / , A / FeFe3 3C C界面向界面向FeFe3 3C C一側推移一側推移, ,使使F F和和FeFe3 3C C逐漸消失來實現(xiàn)逐漸消失來實現(xiàn)長大的長大的. .3.2、奧氏體形成機

11、理、奧氏體形成機理返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT原始組織原始組織5S8S15S球狀球狀P向向A的轉變的轉變返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT3. 3. 殘余碳化物的溶解殘余碳化物的溶解 殘余碳化物殘余碳化物: : 當當F F完全轉變?yōu)橥耆D變?yōu)锳 A時，仍有部分時，仍有部分FeFe3 3C C沒有轉變?yōu)闆]有轉變?yōu)锳 A，稱為，稱為殘余碳化物。殘余碳化物。 A/FA/F界面向界面向F F推移速度推移速度 A/Fe A/Fe3 3C C界面向界面向FeFe3 3C C推移速度推移速度 剛形成的剛形成的A A平均含碳量平均含碳量P返 回下一頁上一頁

12、 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTCA/Fe3CCA/FCF/ACF/Fe3C返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT綜上所述，和過冷情況下的結晶過程不同，綜上所述，和過冷情況下的結晶過程不同，A形成時，形成時， T （或過熱度（或過熱度T ），始終有利于），始終有利于A的形成。的形成。 T ，A形成速度形成速度 返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMTAFFAFACCKG/公式應用：估算某一溫度下公式應用：估算某一溫度下A向向F（或（或Fe3C）的移動速度。）的移動速度。CFeACFeACKG33/69. 6當當A形成溫度為形成溫度為780時時02.

13、 041. 0KGFA89. 069. 63KGCFeA8 .1402. 041. 089. 069. 63CFeAFAGGBCdxdCKDG1 F先消失，剩余碳化物先消失，剩余碳化物T1AFTCCA/Fe3CCA/FCF/ACF/Fe3C轉變溫度轉變溫度 ，殘余碳化物量，殘余碳化物量 返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT三三. .影響奧氏體轉變速度的因素影響奧氏體轉變速度的因素 溫度、成分、原始組織溫度、成分、原始組織1 1、溫度的影響溫度的影響3.3、奧氏體轉變動力學、奧氏體轉變動力學T ， I ， G ，且且I G 各種因素中，各種因素中，T的影響作用最強烈的影響作

14、用最強烈BCdxdCKDG1)exp()exp(KTQKTWCI2、原始組織的影響原始組織的影響片狀片狀P轉變速度轉變速度球狀球狀P薄片較厚片轉變快薄片較厚片轉變快3、碳含量的影響碳含量的影響C ， A形成速度形成速度 ，返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT三三. .影響奧氏體轉變速度的因素影響奧氏體轉變速度的因素 溫度、成分、原始組織溫度、成分、原始組織4 4、合金元素的影響合金元素的影響3.3、奧氏體轉變動力學、奧氏體轉變動力學（1）對）對A形成速度的影響形成速度的影響 改變臨界點位置，改變臨界點位置， 影響碳在影響碳在A 中的擴散系數(shù)中的擴散系數(shù) 合金碳化物在合金碳

15、化物在A中溶解難易程度的牽制中溶解難易程度的牽制 對原始組織的影響對原始組織的影響（2）對）對A均勻化的影響均勻化的影響 合金鋼需要更長均勻化時間合金鋼需要更長均勻化時間返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT四四.連續(xù)加熱時連續(xù)加熱時A形成動力學形成動力學3.3、奧氏體轉變動力學、奧氏體轉變動力學 連續(xù)轉變圖連續(xù)轉變圖 V1 V2V3不均勻不均勻A均勻均勻AP+ AA+ Fe3CPt/sT/V3V2V1Ac1返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT四四. .連續(xù)加熱時連續(xù)加熱時A A形成動力學形成動力學3.3、奧氏體轉變動力學、奧氏體轉變動力學特點：特點：

16、（1）加熱速度）加熱速度 ，臨界點，臨界點 ，（2）轉變在一個溫度范圍內完成，）轉變在一個溫度范圍內完成，（3）形成速度隨加熱速度）形成速度隨加熱速度 而而 ，（4）A起始晶粒度隨加熱速度速度起始晶粒度隨加熱速度速度 而細化，而細化，（5）A成分不均勻性隨加熱速度成分不均勻性隨加熱速度 而而 。V1V3 V2 V1不均勻不均勻A均勻均勻AP+ AA+ Fe3CPt/sT/V3V2Ac1返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT一一. .奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制 （見書表（見書表2.3）,其中其中n=2N-1 概念概念:起始晶

17、粒度、起始晶粒度、n0=(I/G)1/2 實際晶粒度、實際晶粒度、 本質晶粒度本質晶粒度 應用應用:晶粒細化處理晶粒細化處理返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT58級的鋼為本質細晶粒度的鋼14級的鋼為本質粗晶粒度鋼返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT本質粗晶粒度：奧氏體隨溫度的升高迅速長大的鋼。如經(jīng)錳硅脫氧的鋼、沸騰鋼等本質細晶粒度：奧氏體晶粒長大傾向小，加熱到較高溫度時才顯著長大的鋼。如經(jīng)鋁脫氧的鋼、鎮(zhèn)靜鋼等返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT二二. .奧氏體晶粒長大機制奧氏體晶粒長大機制3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體

18、晶粒長大及其控制晶粒長大驅動力晶粒長大驅動力: 界面能的降低。界面能的降低。 驅動力大小驅動力大小:F驅驅=2/R 方向：方向：指向曲率中心指向曲率中心abc120120-比界面能，比界面能，R-晶界曲率半徑晶界曲率半徑理想界面形態(tài)：界面平直，界面間夾角理想界面形態(tài)：界面平直，界面間夾角120，如，如b圖圖晶粒長大方式：大吃小晶粒長大方式：大吃小返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT二二. .奧氏體晶粒長大機制奧氏體晶粒長大機制3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制晶粒長大阻力晶粒長大阻力第二相質點的

19、釘扎作用第二相質點的釘扎作用 F阻阻=3f/2r r-粒子半徑粒子半徑, f 粒子數(shù)粒子數(shù), -比界面能比界面能界界面面r第二相質點越細小，分散，總阻力第二相質點越細小，分散，總阻力 返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT (1)加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間 T ,t ,A晶粒度晶粒度 (2)加熱速度加熱速度 快速加熱并短時保溫可獲得細小快速加熱并短時保溫可獲得細小A晶粒。晶粒。 (3)第二相顆粒第二相顆粒 (4)合金元素合金元素 (5)原始組織原始組織三三. .奧氏體晶粒長大影響因素奧氏體晶粒長大影響因素3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制返 回

20、下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT 1 1、奧氏體晶粒大小控制、奧氏體晶粒大小控制 增加第二相顆粒起彌散分布增加第二相顆粒起彌散分布: : 如鋼中加如鋼中加Al ,Al ,形成形成AlNAlN顆粒、顆粒、 碳化物碳化物(TiC(TiC、NbCNbC等等) )細化組織細化組織 提高加熱速度提高加熱速度: : 利用溫度和時間對奧氏體晶粒長大影響來細化晶粒。利用溫度和時間對奧氏體晶粒長大影響來細化晶粒。 如高頻感應加熱、激光加熱、電子束加熱等。如高頻感應加熱、激光加熱、電子束加熱等。 四四. .奧氏體大小控制及其應用奧氏體大

21、小控制及其應用3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT 2 2、粗大奧氏體晶粒的遺傳及其阻斷、粗大奧氏體晶粒的遺傳及其阻斷 缺陷：缺陷： 組織遺傳組織遺傳過熱的鋼，再次正常加熱后，過熱的鋼，再次正常加熱后，A A仍保留原來仍保留原來粗大晶粒，甚至原來取向和晶界的現(xiàn)象。粗大晶粒，甚至原來取向和晶界的現(xiàn)象。 相遺傳相遺傳母相中的晶體缺陷和不均勻性被新相繼承。母相中的晶體缺陷和不均勻性被新相繼承。 消除消除：（關鍵是破壞新舊相之間的取向關系）：（關鍵是破壞新舊相之間的取向關系） 避免由不平衡相直接加熱形成奧氏體；避免由不平衡相直

22、接加熱形成奧氏體； 避免以非擴散方式形成奧氏體；避免以非擴散方式形成奧氏體； 多次加熱破壞原有的晶體取向。多次加熱破壞原有的晶體取向。四四. .奧氏體大小控制及其應用奧氏體大小控制及其應用3.4、奧氏體晶粒長大及其控制、奧氏體晶粒長大及其控制返 回下一頁上一頁 本章首頁固態(tài)相變, SMSE,CUMT小小 結結 1. 1. 介紹了一些重要的術語和基本概念介紹了一些重要的術語和基本概念 奧氏體，奧氏體，Ac1,Accm,Ac3,TTAAc1,Accm,Ac3,TTA圖，殘余碳化物，圖，殘余碳化物， 2.2. 共析鋼平衡態(tài)組織（共析鋼平衡態(tài)組織（P P）的加熱時奧氏體的形成）的加熱時奧氏體的形成過程，非共析鋼和共析鋼奧氏體形成異同。奧氏體的過程，非共析鋼和共析鋼奧氏體形成異同。奧氏體的形成是受擴散控制的。形成是受擴散控制的。 3. 3. 奧氏體長大機制（應用擴散觀點說明）奧氏體長大機制（應用擴散觀點說明） 4. 4. 共析碳鋼奧氏體等溫形成動力學圖分析、特點，共析碳鋼奧氏體等溫形成動力學圖分析、特點，非共析鋼和共析鋼奧氏體等溫形成動力學