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(guò)程的組織性能控制研究生課程：金屬成型過(guò)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(wú)擴(kuò)散型；l按熱力學(xué)分類按熱力學(xué)分類：一級(jí)相變；二級(jí)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(wú)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(dòng)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(cuò)形核新相的長(zhǎng)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(zhǎng)大成分改變的非協(xié)同型轉(zhuǎn)變長(zhǎng)大成分改變的非協(xié)同型轉(zhuǎn)變長(zhǎng)大應(yīng)用舉例鋼中奧氏體晶粒長(zhǎng)大相變動(dòng)力學(xué)l形核率lJohnson-Mehl方程lAvrami方程l動(dòng)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(dòng)力，加熱和冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)奧氏體晶核形核地點(diǎn)奧氏體晶核的長(zhǎng)大l奧氏體晶核在珠光體中的長(zhǎng)大奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)l共析碳素鋼奧氏體等溫形成動(dòng)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(zhǎng)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(shí)奧氏體的形成特征奧氏體晶粒長(zhǎng)大機(jī)理硬相微粒對(duì)奧氏體晶界的釘軋影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素l加熱溫度和保溫時(shí)間的影響l化學(xué)成分的影響針狀?yuàn)W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(zhǎng)大珠光體端向長(zhǎng)大鋼中粒狀珠光體形成l特定條件過(guò)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(dòng)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(duì)珠光體長(zhǎng)大速度的影響； 2. 對(duì)珠光體分解時(shí)碳化物長(zhǎng)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(wú)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(wú)需擴(kuò)散；l 相變伴生極高密度的晶體缺陷：孿晶、位錯(cuò)、位錯(cuò)、層錯(cuò)等亞結(jié)構(gòu)定義：原子經(jīng)無(wú)需擴(kuò)散切變位移的不變平面應(yīng)變的晶格改組過(guò)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(cuò)、層錯(cuò)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(dòng)力分類；l按馬氏體相變動(dòng)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(guò)程中會(huì)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(gè)納米左右。由于碳化物的慣習(xí)面是111M，因此在同一個(gè)視域內(nèi)能看到兩個(gè)或者三個(gè)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(guò)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(zhēng)l貝氏體相變的基本特征的共識(shí)l貝氏體的定義：鋼中過(guò)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(shí)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(cuò)。l切變-擴(kuò)散整合機(jī)制上貝氏體形貌無(wú)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(dòng)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(guò)渡性l中溫轉(zhuǎn)變是過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變中間過(guò)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(wú)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(zhǎng)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(cuò)線上碳原子偏聚。-Fe3C的過(guò)渡相合金馬氏體的回火lFe-M-C馬氏體脫溶時(shí)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(jiàn)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(shí)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(gè)部位之間的