珠光体转变与钢的退火.ppt

1、第三章 珠光体转变与钢的退火和正火,3-1 钢的冷却转变概述 3-2 珠光体的组织和性能 3-3 珠光体转变机理 3-4 珠光体转变的动力学 3-5 先共析转变 3-6 合金钢中其它类型的奥氏体高温分解转变 3-7 钢的退火和正火 复习思考题,一、IT图二、CT图,3-1 钢的冷却转变概述,3-2 珠光体的组织和性能一、珠光体的组织形态和晶体学二、珠光体的机械性能,3-3 珠光体转变机理一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,一、珠光体转变动力学的特点二、珠光体转变动力学研究三、影响珠光体转变动力学的其它因素,一、发生先共析转变的条件二、先共析转相的形态,前 言一、特殊碳化

2、物珠光体二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体三、相间沉淀组织四、合金元素对特殊碳化物形态的影响五、高温区直接转变产物的机械性能,一、钢的退火,二、钢的正火,三、小结,钢的冷却转变概述,钢在冷却时发生的组织转变，既可在某 一恒定温度下进行，也可在连续冷却过 程中进行。,过冷奥氏体转变图的定义：,用来表示在不同冷却条件下过冷奥氏 体转变过程的起止时间和各种类型组织转 变所处的温度范围的一种图形。,一、IT图,IT图：转变在恒温条件下进行，则有过冷 奥氏体等温转变图。它是通过测定一系列 （不同温度）的等温转变动力学曲线而绘制的。,如图所示,查找,3-1钢的冷 却转变概述 一、IT图 二、CT图,实践表明

3、，过冷奥氏体在A1以下三个温度区间内，将分别发生不同类型的组织转变：,在A1到550C左右的高温区，发生珠光体转变； 在550C左右到Ms点的中温区，发生贝氏体转变； 在Ms到Mf点的低温区，发生马氏体的转变。,b,c,a,bs,cs,as,A,as,cs,bs,a,b,c,由图可以看出：,过冷奥氏体需 经过一定的孕 育期才能开始 转变，接着转 变速度加快， 当转变量达50% 时转变速度达 最大值，以后 逐渐减小，直 至转变终了。,返回 34,珠光体转变,贝氏体转变,马氏体转变,查找,3-1钢的冷 却转变概述 一、IT图 二、CT图,随着钢的成分及其它因素的不同，珠光体转 变与贝氏体转变的温度

4、区间和孕育期会发生程 度不同的变化，从而可能出现这两类转变曲线 在位置上或部分重叠、或彼此分离、或一前一 后等情况。（演示图）,在IT图的上半部分，珠光体转变先于贝氏体 转变，而在下半部分，则是贝氏体转变先于 珠光体转变。,查找,3-1钢的冷 却转变概述 一、IT图 二、CT图,二、CT图,以共析碳钢为例，,V1V2V3VcV4,V3,V2,V1,A M,Mf,Ms,700 600 500 400 300 200 100 0 -100,0.1 1 10 104 105 106,转变开始,转变中了,V1，V2，V3曲线表示不同的冷速曲线，其中VC与转变 开始线相切，VC称为淬火临界冷速。,VC,

5、V4,若冷速小于VC，冷速 曲线，将穿过珠光体转 变区，可得到珠光体组 织；若冷速大于VC，待 冷至Ms点以下时则可以 得到马氏体组织。,共析碳钢的CT图,查找,3-1钢的冷 却转变概述 一、IT图 二、CT图,温度,时间S,AP,一、珠光体的组织形态和晶体学,下一页,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,1、(a)珠光体团示意图,2、珠光体领域,(b)珠光体团显微照片,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳

6、量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,下一页,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,珠光体转变时能自行调节片层间距以获得最高长大速度。最高长大速度时的片层间距,下一页,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,由式子（3-4）,可预期到珠光体转变的特点： 1.片层间距随转变温度的降低而减小：2.片层间距的倒数与过冷度呈线性关系；3.片层间距的细小程度受可能

7、获得的驱动力的限制。,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,图3-6为一些碳钢和合金钢珠光体片层间距的倒数与转变温度的关系 （图3-6）：转变温度越低,片层间距S越小。 在过冷度较小时，二者的线性关系较好；随着过冷度的增加，数据比较分散。,Bolling和Richman采用控制长大速度的方法来生长珠光体，图为四个愈来愈快的长大速 度下得到的珠光体显微照片（演示）,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧

8、性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,珠光体的分类：,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,二、珠光体的机械性能,1.珠光体的屈服强度和断裂强度与其片层间距 的关系可以用以下公式：,s(Mpa)=139+46.4S-1(m-1) f(Mpa)=436.5+98.1S-1(m-1),2. 渗碳体硬而脆，有很大的形变抗力，因此，渗碳体片的存在会使强度和硬度增加，这是一种第二相的强化作用。但由于渗碳体较粗大，又呈片状，所以强度和硬度提高不多，而且使塑性和韧性显著降低。如图3-8所示

9、：,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,钢的韧脆转化温度随碳含量的增加而提高。,200 160 12080400,-160 -80 0 40 80 120 160 200,试验温度（C）,珠光体体积 每增加1%， 韧脆转化温 度升高约2C,能量吸收（J）,0.11C,0.20C,0.31C,0.41C,0.49C,0.60

10、C,3.含碳量对钢韧性的影响,研究表明：,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,4、渗碳体的形状对性能的影响,对含碳量相同的钢,球化体组织的强度和硬度低于珠光体组织，但塑性好，断裂强度和疲劳抗力较高，韧脆转化温较低。,珠光体与钢中其它非平衡组织性能的比较,马氏体 贝氏体 珠光体,高低,低高,查找,3-2 珠光体的组织和性能 一、珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的分类 二、珠光体的机械性能 1.含碳量对钢韧性的影响 2.渗碳体的形状对性能的影响,一、一般概述,珠光体转变,转变过程

11、：,原子扩散,点阵重构,两个阶段：,1、形核,2、长大（横向和纵向）,钢为共析成分，珠光体在奥氏体晶界上形核； 钢为偏离共析成分，则在奥氏体晶界处的先 共析相（铁素体或渗碳体）上形核。,（视频观看）,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,查找,3-3珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,如图所示：,珠光体纵向长大时碳在 奥氏体中扩散的示意图,Fe3C,Fe3C,Fe3C,C/ Fe3C,C/ ,A,B,A,B,由于C/C/Fe3C，因此 产生了由A处向B处的扩散 。同时，由于C/C，CC/Fe3C,所以也

12、会有碳原子离开A处向奥氏体内的扩散和由奥氏体内向B处的扩散。,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,二、珠光体转变的领先相,领先相问题：铁素体和渗碳体哪个相先形成,早期认为渗碳体是珠光体转变的领先相。 1962年，Hillert证实铁素体也可以成为领先相。 目前公认：渗碳体和铁素体都可以作为珠光体转变的领先相。,1、在亚共析钢中，铁素体为领先相 2、过共析钢中，渗碳体为领先相 3、共析钢中，两个相都有可能,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,三、珠光体的长大方式,早期提出的机理认为珠光体长

13、大是通过横向形核和长大，随后又以纵向长大方式完成。如图所示,Hillert 的研究表明，珠光体只是以纵向长大的方式进行，至于横向的展宽，是以分岔的方式进行。 演示图,然而，1973年Dippenaar和Honeycombe证实侧 向交替形核机理和分岔机理同时存在。如图,目前认为，纵向长大与横向长大同时作用，尤其 当晶界不存在先共析相时，但纵向长大应是主要的,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,将含0.6C的亚共析钢先在715等温20min ,然后在645保温2s后水淬。,珠光体的分岔长大,显微照片,然而，根据透射电镜观察结果，证实侧向交替

14、形核机理和分岔机理是同时存在的。如图,返回,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,13Mn-0.8C过共析钢中珠光体在奥氏体晶界的形核,A、C、E为渗碳体，B、D铁素体,注意渗碳体与晶界渗碳体是连续的,返回,查找,3-3 珠光体转变机理 一、一般概述 二、珠光体转变的领先相 三、珠光体的长大方式,一、珠光体转变动力学的特点,在恒温下进行的珠光体转变的动力学具有如下特点：,转变开始之前有一个孕育期； 温度一定时，转变速度随时间延长有一极大值； 随转变温度的降低，珠光体转变的孕育期有一极小值，在此温度下，转变最快； 合金元素的影响很显著。,这些特

15、点与转变的机理是分不开的，并 可以很好地体现在3-1的IT图中。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,二、珠光体转变动力学研究,1、形核率和长大速度与转变温度的关系,2、对公式的推导：,3、新的理论分析：,4、珠光体核长大速度的测定方法,5、片层间距和温度对珠光体转变速度的影响（课上略讲）,1、形核率和长大速度与转变温度的关系,如图所示：,对于共析钢，由于在55

16、0以下有贝氏体转变发生， 用现有的实验方法难以单独测出珠光体的形核率和 长大速度，故只绘出了550以上的数据。,右图显示了珠 光体转变时形 核率和长大速 度随温度变化 具有极大值的 一般规律。,0 10 20 30 40*104,680 660 640 620 600 580,680 660 640 620 600 580 560,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0*10-3,温度（）,形核率（-3.s-1),温度（）,长大速度（/min),球团直径 30m,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2

17、.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,2、对公式的推导：,著名的Johnson-Mehl方程,X=1-exp(-NG3t4/3 ),推导上式有如下假设：,均匀形核； N和G均不随时间而变； 各珠光体团G值相同。,100 2

18、00 400,1.0 0.8 0.6 0.4 0.20,时间（S）,分数,珠光体体积分数与时间的关系,N 1000-3.s-1,G 310-3 .s-1,但实际的转变并不符合以上简化的形核及长大模型，主要有以下几点：,N随时间而变； G在珠光体团有不同值，且 随时间而变； 珠光体的形核是非均匀形核； 珠光体团并不是真正的球形。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素

19、,3、新的理论分析：,Cahn和Hagel指出，晶界上的所有形核位置 并不是等效的，晶粒的顶角比棱边更有利于 形核，而棱边又比晶粒表面更有利些。,假定晶粒顶角形核位置达到饱和的情况下，奥氏体 转变的体积分数可用该式表示：,X=1-exp(-4G3t3/3 ),完成转变所需时间t可简单地定义为：,t=0.5d/G,只有当过冷度较小，形核率N足够低时，才能避免 奥氏体晶界处形核位置达到饱和。这时的形核率将 按下式随时间而改变：,N=ktn,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析

20、 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,4、珠光体核长大速度的测定方法,将一系列试样在一定温度保持不同时间后快冷，在经过抛光和腐蚀的金相试样上，测定最大珠光体团的半径，可以认为这些珠光体团最先形成的。通常，最大珠光体团半径与时间呈线性关系，其斜率就是长大速度G，如图所示。,G对诸如晶粒大小和是否有碳化物颗粒等组织变化 均不太敏感，但是却明显地受温度变化的影响。G 值随过冷度的增大而增加，直到IT图的鼻子处。此 外，合金元素含量对G值也有显著的影响,实验结果表明：,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点

21、 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速 度的影响 三、影响珠光体转变动力学 的其它因素,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,1、Zener认为共析转变的总驱动力和扩散驱动 力大约分别正比于xe 和x，可得：,x/xe=1-Sc/S,2、

22、Hillert从自有能的观点出发，讨论片层状共析 转变产物的长大理论时给出的共析转变自由能 示意图：,3、离开铁素体片界面的扩散通量应等于界面以速度G推进时碳原子的迁移量，由此可得:,5、片层间距和温度对珠光体转变速度的影响,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,摩尔浓度x,摩尔自有能,共析转变自有能示意图（x1为相原始成分）,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一

23、、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,由上两式可得：,上式可简化为：,G(常数)T2exp(-Q/RT) （316）,4、Puls和Kirkaldy将实验数据和计算结果进行了 比较如图，实测值约比计算值3倍，这一差别据 认为是由于碳的界面扩散也在起作用。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3

24、.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,G(常数)T3exp(-QB/RT) （317） 或 GS3 (常数)DE （318）,5、Shapiro和Kirkaldy在分析界面扩散时得出,上一页,如图所示,片层间距大于70nm时，长大速度基本上受体扩散控制（GS2=常数）,片层间距小于70nm时，长大速度基本上受界面扩散控制（ GS2=常数）,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光

25、体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,三、影响珠光体转变动力学的其它因数,除了温度和时间外，以下各因素也对转变动 力学产生影响。,奥氏体晶粒度奥氏体的成分碳合金元素奥氏体的均匀化程度奥氏体的应力状态和塑性形变,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,一、奥氏体晶粒度,下图为珠光体转变的进程与奥氏体晶粒度

26、的关 系，转变在675进行，转变前的加热温度和 奥氏体晶粒度级别示与图中。,1 2 4 6 8 10 20 40,100806040200,时间（t),珠光体（）,奥氏体晶粒度对珠光体转变进程的影响,可以看出：,奥氏体晶粒越细，珠光体转变进行越快。,8458级,900 48,955 24级,1010 26级,1065 26级,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,

27、1、碳含量的影响,碳含量的影响，有两个基本特点：,共析成分的c曲线最靠右，随着碳含量的增加或减少，c曲线将左移。 与合金元素的影响相比，碳含量的影响是较小的。,非共析钢的珠光体转变首先受先共析转变的控制。,对于亚共析钢，碳含量增加时，析出先共析铁素 体所要求的碳的浓度起伏加大c曲线右移；,对于过共析钢，碳含量增加有利于先共析渗碳体 的析出，因此碳含量越高，c曲线越向左移。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变

28、速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,2、合金元素,除了钴和大于2.5的铝以外，所有的合金元素都有降低珠光体的转变速度，使c曲线右移。,常用合金元素中，按推迟珠光体转变的效果大小排列：,钼、锰、钨、镍、硅,另一类强碳化物形成元素钒、钛、锆、铌等的作用是可变的。,硼元素。只要在钢中加入百万分之几，就可以大大推迟 先共析铁素体和珠光体自奥氏体中形成的时间。但是硼的 作用随碳含量的增加而减弱，一般只用于亚共析钢中。,、合金元素对珠光体转变速度的影响,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导

29、 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,、合金元素改变珠光体转变的温度范围,合金元素的这些影响通过以下几个方面来实现：,改变共析点的位置，如图所示 改变珠光体片层间距，而片层间距则与珠光体的转变温度直接有关（如图所示） 改变奥氏体向珠光体转变时自由能变化。如图 影响珠光体的形核率。钴增加珠光体的形核率，其它元素都降低珠光体的形核率。 影响珠光体的长大速度,如图所示。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温 度的关系 2.对公式的

30、推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转 变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学 的其它因素,Ti,Mn,Si,W,Cr,Mn,Ni,Ti,Mo,Si,W,Cr,Mn,Ni,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18,2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000,1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500,合金元素含量（）,共析温度,F,共析点碳含量（）,常见合金元素对共析点 位置的影响,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究

31、1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,0.8 0.6 0.4 0.2 0,降低碳在奥氏体中的扩散速度。 合金元素本身在奥氏体中的扩散很慢，由于珠光体转变时往往要求合金元素作在分配，因此也会使珠光体转变减慢。 硼在晶界的富集使晶界的能量大大降低，使先共析铁素体在晶界的形核困难，大大推迟了奥氏体的扩散分解过程。 降低 同素异构转变的速度，从而降低珠光体的转变速度。,总之，合金元素的影响是综合性的和复杂 性的，还需更多深入研究。,查找,3-4 珠光体转变的

32、动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,520 540 560 580 600 620 640 660 680 700,3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8,8,7,6,5,3,4,2,1,112Co;2-0.26%Mn;3-0.46%Mn;40.630.80%Mn 51Ni;6-1.56%Mn;7-3%Ni;8-3.5%Mn,部分合金元素对珠光体 平均片层间距（s)的影响

33、,温度,S(nm),查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,4.20-4.2-8.4 -12.5 -16.7 -20.9,550 600 650 700 750,1,2,3,4,1.Fe-C 2.Fe-C-Co(1.91%Co) 3.Fe-C-Mn(1.85%Mn) 4.Fe-C-Mo(0.51%Mo),碳钢和某些合金共析钢在珠光体 转变时自有能随温度的变化,自有能

34、变化（J/g),温度（）,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,三、奥氏体的均匀化程度,生产中

35、钢在加热时，由于温度和时间的限制， 奥氏体的成分往往不能完全均匀。,目前不仅过共析钢采用不完全淬火（参见第七 章），亚共析钢也采用不完全淬火，因此奥氏 体中存在未溶碳化物或铁素体。此外，还有某些非金属夹杂物，这些都会促进 珠光体的形核率的提高，长大速度则几乎不受 影响。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,四、奥氏体的应力状态和塑性形变,当奥氏体处于受应力状态时

36、，先共析铁素体的 形核和长大会加速，珠光体的形核率会增大，从 而使珠光体转变速度提高，,当奥氏体处于受压应力状态时，珠光体转变会 被推迟。随着压力的增大，这种推迟效应也不断 增大。,查找,3-4 珠光体转变的动力学 一、珠光体转变动力学的特点 二、珠光体转变动力学研究 1.形核率和长大速度与转变温度的关系 2.对公式的推导 3.新的理论分析 4.珠光体核长大速度的测定方法 5.片层间距和温度对珠光体转变速度的影响 三、影响珠光体转变动力学的其它因素,一、发生先共析转变的条件,根据Fe-Fe3C相图，在平衡状态下，先共析铁 素体和先共析渗碳体的析出分别在GS和ES线 以下的和Fe3C两相区内进行

37、。但是当 亚共析钢快冷到Ar1温度以下时，先共析铁素体 析出的温度范围，可以根据Hultgren外推法来 估计（如图）。,实际情况要比理论分析复杂，下图为在反应后期占主导地位的不同形态析出物的温度成分区示意图。,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析相的形态,C1,C2,CS C3 C%,温度,T1,G,P,S,E”,Acm,A3,E,G,A1,E,先共析相析出的温度和成分范围,奥氏体快冷到影线 区时，同时对铁素 体和渗碳体所饱和 而直接进行珠光体 转变。,可以看出：,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析相的形态,0 0.1 0.3 0.5 0

38、.7 0.9 1.1 1.3 1.5,1000900800700600500400,不同形态析出物的温度成分区,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析相的形态,二、先共析相的形态,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析相的形态,下图为在奥氏体晶界长出的先共析铁素体的不同形态示意图。,魏氏组织：片状先共析相与奥氏体的界面是共格 或半共格的。,先共析铁素体或先共析渗碳体形成网状组织的条 件一般是：,.碳含量靠近共析成分 .奥氏体晶粒; .冷却速度；,图3-32为不同形态先共析相的显微组织,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析

39、相的形态,a b c d e f,在奥氏体晶界长出的先共 析铁素体的不同形态示意图,查找,3-5 先共析转变 一、发生先共析转变的条件 二、先共析相的形态,前 言,含碳化物形成元素的亚共析合金钢中，奥氏体在高温区的分解产物，除了常见的珠光体外，还可能有以下三种组织：,特殊碳化物与铁素体组成的珠光体； 纤维状碳化物与铁素体的聚合体； 相见沉淀物与铁素体的聚合体。,在一定条件下，其中的两种或三种组织可能同时 存在于一个试样中。生成和组织的转变都不是 珠光体转变 。,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织

40、1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,一、特殊碳化物珠光体,钢中的碳化物形成元素起先是固溶于渗碳体中 形成合金渗碳体，当其含量增加到一定值时，从 奥氏体中便可直接析出碳化物。,特殊碳化物珠光体和普通珠光体在转变机理上 是相同的，在组织形态上也是相同的（如图）。,该珠光体与普通索氏体组织相近，性能与普通珠 光体也相近。,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对

41、特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体,这种聚合体的形态比较多，如图,纤维的直径约为2050nm，其间距至少比普通珠光体组织小一个数量级，而且在碳含量为0.2时，就可以使钢具有“全共析”组织。因此，这种组织具有很好的机械性能。,以这种形态存在的特殊碳化物可以是Mo2C、W2C、VC、Cr7C3和TiC,但是，目前还不十分清楚这种纤维状碳化物的生成条件。,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元

42、素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,0.2C-4Mo钢在650转变后的组织,转变20min 薄膜,转变2h (复型）,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,与普通的淬火加回火相比,相见沉淀提供了一种 由奥氏体直接转变以强化铁素体的经济方法,因 而引起了人们的重视.,三、相间沉淀组织,相间沉淀组织：,在低放大倍数下观察，这种铁素体与典型的先共 析铁素体毫无差别

43、(如图）；但在电子显微镜下， 却发现在铁素体中有极细小的合金碳化物的层状 弥散析出（如图）。,在680等温10s,125x,在725等温 5min(薄膜),下一页,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,1.相间沉淀的机理,相间沉淀也是一个形核和长大过程,并受合金 元素和碳的扩散所控制.沉淀过程进行时,铁素 体先在奥氏体晶界上形成,随着/界面的推 移(即铁素体的长大),合金碳化物的核

44、周期地在 /界面上形成,随后在铁素体中长大.由于转 变温度较低,合金元素的扩散系数又小,加之钢的 碳含量很低,这些碳化物只能长成为弥散的小片 或小棒.,下一页,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,根据不含析出物的铁素体通过台阶沿界面移动而长大的机理以及热离子发射显微镜的观察,提出了碳化物在/界面形核和长大机理. 如图所示,图中台阶沿箭头方向从左向右移动，而/ 界面则由下向上移动。

45、通常/界面是低能量、 低可动性的共格或半共格平面，而台阶面则是 高能量、高可动性的非共格平面。由于台阶面 太容易移动，碳原子来不及在该处积累，虽然 能量高，也不容易在那里形核，因此碳化物只 能在/界面上形核。,下一页,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,2.相间沉淀动力学及影响因素,温度,合金元素,塑性形变,根据钢中所含合金元素的不同,相间沉淀可以发生在500-850的某一温度范

46、围内,并在某一温度反应速度最大,即IT图呈C形,如图,镍、锰、铬的加入，会使钒钢中的相间沉淀变慢。,塑性形变一般会加速相间沉淀的进行。,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,四、合金元素对特殊碳化物形态的影响,合金元素对特殊碳化物形态的影响，大致有三种：,在650850温度范围内，基本上只生成相间 沉淀组织，钒钢、钛钢、铌钢、钨钢属于该情况,在600850温度范围内，可同时观察到纤

47、维状 碳化物和相间沉淀碳化物，钼钢属于该情况。,在600800温度范围内，可出现三种组织，铬 钢属于该情况。如图,A为转变 的界面,0.2C-12Cr钢在600转变30min后的组织,返回,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,五、高温区直接转变产物的机械性能,含强碳化物形成元素的低合金亚共析钢在高温 区直接转变后，其强化机理有三个：,晶界强化,固溶强化,弥散强化,是通过控制热轧和弥散分布的碳化 物钉扎晶界，以阻止再结晶和晶粒 长大，使晶粒显著细化而实现。,它的作用微不足道，因为碳和合金 元素都用于形成碳化物,可以用Orowan-Ashby模型导出,查找,3-6 合金钢中其它类型的 奥氏体高温分解转变 前言 一、特殊碳化物珠光体 二、纤维状碳化物与铁素体的聚合体 三、相间沉淀组织 1.相间沉淀的机理 2.相间沉淀动力学及影响因素 四、合金元素对特殊碳化物形态的影响 五、高温区直接转变产物的机械性能,