第二章--钢中奥氏体的形成ppt课件.ppt

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二章第二章 钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成 钢的热处理过程中将改变钢的组织结构及性能，钢的热处理过程中将改变钢的组织结构及性能，而在钢的热处理过程中大部分需要加热到临界点以上而在钢的热处理过程中大部分需要加热到临界点以上进行奥氏体化，然后以不同的冷却速度和工艺进行冷进行奥氏体化，然后以不同的冷却速度和工艺进行冷却获得不同的组织和性能。却获得不同的组织和性能。 钢坯加热钢坯加热1材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系L O G O2 奥氏体化是获得某种性能的手段而不是奥氏体化是获得某种性能的手段而不是目的，但奥氏体化过程中发生的现象将影响目的，但奥氏体化过程中发生的现象将影响随后组织结构及性能。因此研究有实际意义随后组织结构及性能。因此研究有实际意义和理论价值。和理论价值。 图图 2-1 奥氏体金相组织奥氏体金相组织奥氏体显微组织奥氏体显微组织 （晶内有孪晶）（晶内有孪晶） 1000 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.1 奥氏体的结构、组织和性能奥氏体的结构、组织和性能2.1.1 奥氏体的结构及其存在范围奥氏体的结构及其存在范围图图2-2 奥氏体的单胞奥氏体的单胞n 奥氏体是碳溶于奥氏体是碳溶于-Fe 中的间中的间隙固溶体隙固溶体n 碳原子位于八面体间隙中心，碳原子位于八面体间隙中心，即即FCC晶胞的中心或棱边的中点晶胞的中心或棱边的中点n 八面体间隙半径八面体间隙半径 0.52 碳原子半径碳原子半径 0.77 点阵畸变点阵畸变3材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-3 奥氏体点阵常数与碳含量的关系奥氏体点阵常数与碳含量的关系碳含量与点阵常数的关系碳含量与点阵常数的关系 碳原子的溶入使的碳原子的溶入使的-Fe点阵发生畸变，点常数点阵发生畸变，点常数增大。溶入的碳愈多，点增大。溶入的碳愈多，点阵常数愈大。如图所示阵常数愈大。如图所示4材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-4 Fe-C 相图相图n 奥 氏 体 相 区 ：奥 氏 体 相 区 ： NJESGN包围的区域包围的区域 GS线线 - A3线线 ES线线 - Acm线线 PSK线线 - A1线线n 碳在奥氏体中的最大碳在奥氏体中的最大溶 解 度 为溶 解 度 为 2 . 1 1 w t % (10at%)n 碳原子的溶入使碳原子的溶入使 -Fe的点阵畸变，点阵常数的点阵畸变，点阵常数随碳含量的增加而增大随碳含量的增加而增大5材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.1.2 奥氏体的性能奥氏体的性能n 奥氏体的比容最小，线膨胀系数最大，且为顺奥氏体的比容最小，线膨胀系数最大，且为顺磁性（无磁性）。利用这一特性可以定量分析奥磁性（无磁性）。利用这一特性可以定量分析奥氏体含量，测定相变开始点，制作要求热膨胀灵氏体含量，测定相变开始点，制作要求热膨胀灵敏的仪表元件。敏的仪表元件。n 奥氏体的导热系数较小，仅比渗碳体大。为避奥氏体的导热系数较小，仅比渗碳体大。为避免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。n 奥氏体塑性很好，奥氏体塑性很好，S 较低，易于塑性变形。较低，易于塑性变形。故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。6材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.2 奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件图图2-5 自由能和温度关系图自由能和温度关系图G = V Gv + S + V Gs (2-1) n 相变必须在一定的过相变必须在一定的过热度热度T下，使得下，使得GV 0，才能得到才能得到G0。所以。所以相相变必须在高于变必须在高于 A1 的某一的某一温度下才能发生，奥氏温度下才能发生，奥氏体才能开始形核。体才能开始形核。7材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物从能量方程可以看出从能量方程可以看出： 当当T10 G0 珠光体不能转变为奥氏体；珠光体不能转变为奥氏体； 当当T1=T0时，时， GV=G -GP=0 G0 珠光体不能转变为奥氏体；珠光体不能转变为奥氏体； 当当T1T0时，时， GV=G -GP0 G Cr- ，浓度差，浓度差 dC = Cr-c - Cr- 将在奥氏体内产生扩散将在奥氏体内产生扩散 Cr- Cr- ； Cr-c Cr-c 相界面上的平衡浓度被打破相界面上的平衡浓度被打破 为了恢复并维持相界面上的平衡浓度为了恢复并维持相界面上的平衡浓度 点阵重构点阵重构，向，向方向长大，方向长大，Cr- Cr- Fe3C向向中溶解，向中溶解，向Fe3C方向长大，方向长大， Cr-c Cr-c 16材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage17 NoImage3 3）剩余渗碳体的溶解）剩余渗碳体的溶解 实验表明在珠光体向奥转变过程中，铁素体和实验表明在珠光体向奥转变过程中，铁素体和渗碳体并不是同时消失，而总是铁素体首先消失，渗碳体并不是同时消失，而总是铁素体首先消失，将有一部分渗碳体残留下来。这部分渗碳体在铁素将有一部分渗碳体残留下来。这部分渗碳体在铁素体消失后，随着保温时间的延长或温度的升高，通体消失后，随着保温时间的延长或温度的升高，通过碳原子的扩散不断溶入奥氏体中。一旦渗碳体全过碳原子的扩散不断溶入奥氏体中。一旦渗碳体全部溶入奥氏体中，这一阶段便告结束。部溶入奥氏体中，这一阶段便告结束。 碳化物溶入碳化物溶入A的机理，现在还不十分清楚，有的机理，现在还不十分清楚，有人认为是通过碳化物中的碳原子向奥氏体中扩散和人认为是通过碳化物中的碳原子向奥氏体中扩散和Fe原子向贫碳的渗碳体区扩散，以及原子向贫碳的渗碳体区扩散，以及Fe3C向向A晶体晶体点阵改组来完成的。点阵改组来完成的。 17材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage18 NoImage 为什么铁素体和渗碳体不能同时消失，而总有为什么铁素体和渗碳体不能同时消失，而总有部分渗碳体剩余？部分渗碳体剩余？ 按相平衡理论，从按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在相图可以看出，在高于高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem的的C浓度高于共析成分较少，而靠近浓度高于共析成分较少，而靠近F处的处的C浓度低于浓度低于共析成分较多（即共析成分较多（即ES线的斜率较大，线的斜率较大，GS线的斜率线的斜率较小）。所以，在奥氏体刚刚形成时，即较小）。所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消全部消失时，奥氏体的平均失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的一步说明，共析钢的P刚刚形成的刚刚形成的A的平均碳含量的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。 18材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage19 NoImage4 4）奥氏体成分均匀化）奥氏体成分均匀化 珠光体转变为奥氏体时，在残留渗碳体刚刚珠光体转变为奥氏体时，在残留渗碳体刚刚完全溶入奥氏体的情况下，完全溶入奥氏体的情况下，C在奥氏体中的分布在奥氏体中的分布是不均匀的。原来为渗碳体的区域碳含量较高，是不均匀的。原来为渗碳体的区域碳含量较高，而原来是铁素体的区域，碳含量较低。这种碳浓而原来是铁素体的区域，碳含量较低。这种碳浓度的不均匀性随加热速度增大而越加严重。因此，度的不均匀性随加热速度增大而越加严重。因此，只有继续加热或保温，借助于只有继续加热或保温，借助于C原子的扩散才能原子的扩散才能使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。使整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。 19材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage20 NoImage 以上共析碳钢珠光体向奥氏体等温形成过程，以上共析碳钢珠光体向奥氏体等温形成过程，可以用下图形象地表示出来。可以用下图形象地表示出来。 20材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage21 NoImage21材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4 奥氏体形成的动力学奥氏体形成的动力学2.4.1 形核率形核率n 为了满足形核的热力学条件，需依靠能量起为了满足形核的热力学条件，需依靠能量起伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获n得能量涨落的几率因子得能量涨落的几率因子 成正比。成正比。n 为了达到奥氏体晶核对成分的要求，需要原为了达到奥氏体晶核对成分的要求，需要原子越过能垒，经扩散富集到形核区，所以应与子越过能垒，经扩散富集到形核区，所以应与n原子扩散的几率因子原子扩散的几率因子 成正比。成正比。 kTGmekTGe22材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage23 第二章 奥氏体转变NoImagen（1 1）奥氏体的形核率）奥氏体的形核率 n 研究指出，在奥氏体均匀形核条件下，形核率研究指出，在奥氏体均匀形核条件下，形核率N和温和温度之间的关系可以表示为：度之间的关系可以表示为： n n n C-常数；常数； Gm-扩散激活能；扩散激活能； T-绝对温度；绝对温度； K-波尔茨曼常数；波尔茨曼常数； G*-临界形核功，在忽略应变能时，临界形核功，在忽略应变能时，A-常数；常数；-奥氏体与旧相的界面能；奥氏体与旧相的界面能； GV-奥氏体与旧相之间单位体积自由能之差；奥氏体与旧相之间单位体积自由能之差；kTGkTGmeeCN23/vGAG 23材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物与结晶不同的是，与结晶不同的是，PA的相变，是在升高温度的相变，是在升高温度下进行的相变。下进行的相变。1）因温度升高，形核率）因温度升高，形核率N以指数关系迅速增加；以指数关系迅速增加； 2）因）因GV随温度升高而增大，使随温度升高而增大，使 G*减小，使减小，使N进进一步增大；一步增大； 3）随温度升高原子扩散速度加快，不仅有利于铁素）随温度升高原子扩散速度加快，不仅有利于铁素体向奥氏体点阵改组，而且也促进渗碳体溶解，这体向奥氏体点阵改组，而且也促进渗碳体溶解，这也加速奥氏体的形核；也加速奥氏体的形核； 4）随温度升高铁素体的）随温度升高铁素体的C%沿沿QP线增加，另一方面线增加，另一方面奥氏体在铁素体中形核时所需的碳浓度沿奥氏体在铁素体中形核时所需的碳浓度沿SG而降低，而降低，结果减小了奥氏体形核所需要的碳的浓度起伏，促结果减小了奥氏体形核所需要的碳的浓度起伏，促进奥氏体的形核。进奥氏体的形核。 24材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2 2）奥氏体晶体的线长大速度）奥氏体晶体的线长大速度 关于奥氏体晶体的长大速度，有不少研究者利用关于奥氏体晶体的长大速度，有不少研究者利用扩散规律导出一些计算公式，具有代表性的如下：扩散规律导出一些计算公式，具有代表性的如下：CCdxdcDdxdcDKVCC2211碳在铁素体和奥氏体中的扩散系数；碳在铁素体和奥氏体中的扩散系数；CCDD ,2211,dxdcdxdcCC 铁素体和奥氏体界面处碳在铁素体和奥铁素体和奥氏体界面处碳在铁素体和奥氏体中的浓度梯度；氏体中的浓度梯度；奥氏体与铁素体相界面间的碳浓度差奥氏体与铁素体相界面间的碳浓度差;负号表示下坡扩散。负号表示下坡扩散。 25材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage26 第二章 奥氏体转变NoImage 由于碳在铁素体中的浓度梯度很小，可近似看作由于碳在铁素体中的浓度梯度很小，可近似看作是是0。上式可以改写为：。上式可以改写为： CCdxdcDKVC 利用碳在渗碳体中的浓度梯度等于零的特点，可利用碳在渗碳体中的浓度梯度等于零的特点，可得界面向渗碳体中推移的速度表达式：得界面向渗碳体中推移的速度表达式： cemCcemcemCcemCdxdcDKCCdxdcDKV67. 6cemcemCCdxdc渗碳体与奥氏体相界面间的碳浓度差。渗碳体与奥氏体相界面间的碳浓度差。 碳在奥氏体中的浓度梯度。碳在奥氏体中的浓度梯度。 26材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage27 第二章 奥氏体转变NoImage 1）温度升高，扩散系数）温度升高，扩散系数D（ ）增大，）增大，同时奥氏体的两相界面之间碳浓度差同时奥氏体的两相界面之间碳浓度差Cr-cem-Cr-a增加，增加，增大了碳在奥氏体中的浓度梯度，从而使奥氏体的增大了碳在奥氏体中的浓度梯度，从而使奥氏体的长大速度加快；长大速度加快； 2）温度升高，在铁素体中有利于奥氏体形核的）温度升高，在铁素体中有利于奥氏体形核的部位增加，原子的扩散距离相对缩短了，同样有利部位增加，原子的扩散距离相对缩短了，同样有利于奥氏体的长大；于奥氏体的长大； 3）温度升高，奥氏体与铁素体相界面处的碳浓）温度升高，奥氏体与铁素体相界面处的碳浓度差度差Cr-a-Ca-r以及渗碳体与奥氏体相界面处的碳浓度以及渗碳体与奥氏体相界面处的碳浓度差差Ccem-r-Cr-cem均减小，因此也会加速奥氏体晶体长均减小，因此也会加速奥氏体晶体长大。大。RTGmeDD027材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage28 第二章 奥氏体转变NoImage 综上所述：综上所述：奥氏体形成时，升高温度奥氏体形成时，升高温度（或增加过热度）始终是有利于奥氏体形（或增加过热度）始终是有利于奥氏体形成的，所以加热温度越高，奥氏体形成的成的，所以加热温度越高，奥氏体形成的孕育期以及整个相变过程所需时间越短，孕育期以及整个相变过程所需时间越短，即奥形成速度越快。换言之：随温度的升即奥形成速度越快。换言之：随温度的升高（或过热度的增大）奥氏体的形成是加高（或过热度的增大）奥氏体的形成是加速的。速的。 28材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage29 第二章 奥氏体转变NoImageNoImage3 3）奥氏体等温形成动力学曲线）奥氏体等温形成动力学曲线 （1 1）共析碳钢奥氏体等温形成图建立）共析碳钢奥氏体等温形成图建立 试样：厚试样：厚2mm左右，直径约为左右，直径约为10mm的小圆片；的小圆片； 原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态；原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态； 温度：在温度：在AC1以上设定不同的温度，如以上设定不同的温度，如730、745、765、； 时间：在每个温度下保持一系列时间，如时间：在每个温度下保持一系列时间，如1S、5S、10S、20S、； 冷却：在盐水中急冷到室温；冷却：在盐水中急冷到室温； 观察：在显微镜下测出试样中马氏体的数量（相当于高观察：在显微镜下测出试样中马氏体的数量（相当于高温下奥氏体的数量）；温下奥氏体的数量）； 做图：做出每个温度下奥氏体形成量和保温时间的关系做图：做出每个温度下奥氏体形成量和保温时间的关系曲线，即得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。曲线，即得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。 二节 奥氏体形成动力学29材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage30 第二章 奥氏体转变NoImage 为方便，通常把不同温度下转变为方便，通常把不同温度下转变转变相同数量所需时间，综合在转变相同数量所需时间，综合在温度和时间坐标系内，这样就得温度和时间坐标系内，这样就得到了奥氏体等温形成图。到了奥氏体等温形成图。 共析碳钢奥氏体等温形成图共析碳钢奥氏体等温形成图 30材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage31 第二章 奥氏体转变NoImage（2 2）奥氏体等温形成的特点）奥氏体等温形成的特点 在高于在高于AC1温度保温时，奥氏体并不立即形成，温度保温时，奥氏体并不立即形成，而是需要经过一定时间后，才开始形成。温度越高，而是需要经过一定时间后，才开始形成。温度越高，所需时间越短。通常称为所需时间越短。通常称为孕育期孕育期。 孕育期：孕育期：从保温开始到转变开始的这段时间称为从保温开始到转变开始的这段时间称为孕育期孕育期。孕育期的实质是相变的准备阶段，是所有孕育期的实质是相变的准备阶段，是所有扩散型相变的共同特点。扩散型相变的共同特点。 奥氏体形成速度在整个过程中是不同的，开始时奥氏体形成速度在整个过程中是不同的，开始时速度较慢，以后逐渐加快；在转变量达到速度较慢，以后逐渐加快；在转变量达到50%时，时，转变速度达到极大值，以后转变速度又开始逐渐减转变速度达到极大值，以后转变速度又开始逐渐减慢。慢。 31材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage32 第二章 奥氏体转变NoImage温度越高，奥氏体形成所需的全部时间越短，即温度越高，奥氏体形成所需的全部时间越短，即奥氏体的形成速度越快。换言之，随温度升高，奥奥氏体的形成速度越快。换言之，随温度升高，奥氏体形成始终是加速的。氏体形成始终是加速的。 在奥氏体刚刚形成后，还需一段时间使残留碳化在奥氏体刚刚形成后，还需一段时间使残留碳化物溶解和奥氏体成分均匀化。物溶解和奥氏体成分均匀化。温度，温度，共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875退火）退火）32材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage33 第一章 奥氏体转变NoImage（3）过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形成图）过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形成图 过共析碳钢：原始组织为过共析碳钢：原始组织为P+Cem， 且且P的数量随钢的的数量随钢的C%增加而减少。增加而减少。 亚共析碳钢：原始组织为亚共析碳钢：原始组织为P+F，且且P的数量随钢的的数量随钢的C%增加而增加。增加而增加。33材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage34 第二章 奥氏体转变NoImage（a）过共析钢（）过共析钢（WC1.2%）奥氏体等温形成图）奥氏体等温形成图 （b）亚共析钢（）亚共析钢（WC0.45%）奥氏体等温形成图）奥氏体等温形成图 34材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage35 NoImage2)2)奥氏体等温形成动力学的分析奥氏体等温形成动力学的分析 奥氏体等温形成动力学图示出的温度升高奥氏奥氏体等温形成动力学图示出的温度升高奥氏体形成速度加快的规律，是由于随着温度升高奥氏体形成速度加快的规律，是由于随着温度升高奥氏体的形核率和长大速度均增加的缘故。有人做过试体的形核率和长大速度均增加的缘故。有人做过试验，把奥氏体的形成温度从验，把奥氏体的形成温度从740提高到提高到800时，时，奥氏体的形核率奥氏体的形核率N增加增加270倍，而长大速度倍，而长大速度G增加了增加了80倍。因此，随着温度升高，奥氏体形成速度迅速倍。因此，随着温度升高，奥氏体形成速度迅速增加。增加。 35材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage36 NoImage四、影响奥氏体形成速度的因素四、影响奥氏体形成速度的因素 （1 1）温度）温度 形成温度升高，形成温度升高，N的增长速率高于的增长速率高于G的增长速率，的增长速率，N/G增大，可获得细小的起始晶粒度。增大，可获得细小的起始晶粒度。 形成温度升高，形成温度升高，G/Gk 增大，铁素体消增大，铁素体消失时，剩余渗碳体量增大，形成奥氏体的平均碳含失时，剩余渗碳体量增大，形成奥氏体的平均碳含量降低。量降低。36材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物v（2）碳含量）碳含量 v 钢中碳含量越高，奥氏体的形成速度越快钢中碳含量越高，奥氏体的形成速度越快; v（3）原始组织的影响）原始组织的影响 v 原始组织中碳化物的分散度越大，相界面越原始组织中碳化物的分散度越大，相界面越多，形核率便越大；珠光体片间距离越小，奥氏多，形核率便越大；珠光体片间距离越小，奥氏体中碳浓度梯度越大，扩散速度便越快；碳化物体中碳浓度梯度越大，扩散速度便越快；碳化物分散度越大，使得碳原子扩散距离缩短，奥氏体分散度越大，使得碳原子扩散距离缩短，奥氏体晶体长大速度增加。晶体长大速度增加。 37材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage38 第一章 奥氏体转变NoImage（4）合金元素的影响）合金元素的影响 通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度 CrCr、MoMo、W W等，降低碳在奥氏体中扩散系数等，降低碳在奥氏体中扩散系数 CoCo、NiNi等增大碳在奥氏体中的扩散系数等增大碳在奥氏体中的扩散系数 SiSi、AlAl等对碳原子的扩散系数影响不大等对碳原子的扩散系数影响不大 通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度 通常使碳化物稳定提高的元素，将延缓奥氏体的通常使碳化物稳定提高的元素，将延缓奥氏体的形成。钢中加入形成。钢中加入W W、MoMo和其它强碳化物形成元素，由和其它强碳化物形成元素，由于在钢中可以形成稳定性极高的特殊类型的碳化物，于在钢中可以形成稳定性极高的特殊类型的碳化物，加热时不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢。加热时不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢。 38材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage39 第一章 奥氏体转变NoImageNoImage对临界点的影响对临界点的影响 NiNi、MnMn、CuCu等降低等降低A A1 1温度；温度；CrCr、MoMo、TiTi、SiSi、AlAl、W W、V V等升高等升高A A1 1温度。温度。 对原始组织的影响对原始组织的影响 NiNi、MnMn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。形成。 托辊网带式热处理生产线托辊网带式热处理生产线39材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage40 第一章 奥氏体转变NoImageNoImageCrCr含量变化对奥氏体形成的影响含量变化对奥氏体形成的影响( (例子例子) ) Cr含量为2%及6%时，延缓奥氏体的形成，但Cr含量为11%时，奥氏体形成速度反而比6%时快。原因如下： 2%Cr时形成较稳定的不易溶解的(FeCr)3C，延缓奥氏体的形成； 6%Cr时形成更稳定的不易溶解的(FeCr)7C3，延缓奥氏体的形成； 11%Cr时形成含碳较少、较易溶解、稳定性较低的碳化物(FeCr)23C6，一方面(FeCr)23C6较不稳定，另一方面C%相同时可以形成更多的碳化物，从而使相界面面积增加，这些都会加速奥氏体的形成。 40材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage41 第一章 奥氏体转变NoImageNoImage2 2）合金钢中奥氏体均匀化）合金钢中奥氏体均匀化 钢合金钢奥氏体形成后，除了碳的均匀化外，钢合金钢奥氏体形成后，除了碳的均匀化外，还要进行合金元素的均匀化。还要进行合金元素的均匀化。 合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小中的扩散速度小100-10000100-10000倍。此外，碳化物形成倍。此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。常比碳钢长得多。 41材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.5 连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成珠光体向奥氏体转变动力学曲线珠光体向奥氏体转变动力学曲线42材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage43 NoImage 连续加热时奥氏体形成和等温转变相似，连续加热时奥氏体形成和等温转变相似，也是也是由奥氏体的形成、残留碳化物溶解和奥氏由奥氏体的形成、残留碳化物溶解和奥氏体成分均匀化三个阶段组成。体成分均匀化三个阶段组成。现已证明，影响现已证明，影响这些过程的因素也大致与等温形成时相同。但这些过程的因素也大致与等温形成时相同。但是，因为奥氏体的形成是在连续加热条件下进是，因为奥氏体的形成是在连续加热条件下进行的，所以在相变动力学及相变机理上常会出行的，所以在相变动力学及相变机理上常会出现若干等温转变所没有的特点。现若干等温转变所没有的特点。1.5 1.5 连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成43材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage44 NoImage0.85%C钢在不同加热速度下的加热曲线 44材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NoImage45 NoImage1 1、相变是在一个温度范围内完成的、相变是在一个温度范围内完成的 加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但形加热速度越快奥氏体的温度范围越宽，但形成速度确加快，奥氏体形成时间缩短成速度确加快，奥氏体形成时间缩短。 2 2、随加热速度增大，转变趋向高温，且转变温随加热速度增大，转变趋向高温，且转变温度范围扩大，而转变速度则增大。度范围扩大，而转变速度则增大。3 3、随加热速度增大，随加热速度增大，C，Fe原子来不及扩散，原子来不及扩散，所形成的奥氏体成分不均匀性增大。所形成的奥氏体成分不均匀性增大。4、快速加热时，奥氏体形成温度升高，可引起、快速加热时，奥氏体形成温度升高，可引起奥氏体起始晶粒细化；同时，剩余渗碳体量也奥氏体起始晶粒细化；同时，剩余渗碳体量也增多，形成奥氏体的平均碳含量降低。增多，形成奥氏体的平均碳含量降低。45材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.6 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制2.6.1 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度n 奥氏体晶粒大小用晶粒度表示，通常分为奥氏体晶粒大小用晶粒度表示，通常分为8级，级，1级最粗，级最粗，8级最细，级最细，8级以上为超细晶粒。级以上为超细晶粒。n 晶粒度级别与晶粒大小的关系晶粒度级别与晶粒大小的关系 n = 2N-1 (2-6) n - X100倍时，晶粒数倍时，晶粒数 / in2 N - 晶粒度级别晶粒度级别46材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-10 X100倍倍 晶粒度晶粒度Nd (m)125021773125488562644731822915.6101147材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 奥氏体晶粒度有三种：奥氏体晶粒度有三种： 初始晶粒度初始晶粒度 - 奥氏体形成刚结束，奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。初始晶粒一般很细小，大小不均，小。初始晶粒一般很细小，大小不均，晶界弯曲。晶界弯曲。 实际晶粒度实际晶粒度 - 钢经热处理后所获得钢经热处理后所获得的实际奥氏体晶粒大小。的实际奥氏体晶粒大小。48材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 本质晶粒度本质晶粒度 - 表示钢在一定加热条件下奥表示钢在一定加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。氏体晶粒长大的倾向性。 在在 93010，保温，保温38小时后测定：小时后测定： 14级级-本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。 58级级-本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。49材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-11 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响加热温度对奥氏体晶粒大小的影响Ac193050材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.6.2 影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 (1) 加热温度和保温时间加热温度和保温时间n 表现为表现为晶界的迁移晶界的迁移，实质上是原子，实质上是原子在晶界附近的在晶界附近的扩散扩散过程。过程。n 晶粒长大速度与晶粒长大速度与晶界迁移速率晶界迁移速率及晶及晶粒长大粒长大驱动力驱动力成正比。成正比。扩散激活能常数GmKDeKVKTGm)82(51材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图2-18 奥氏体晶粒大小与加热奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间的关系温度、保温时间的关系n 随加热温度升高，随加热温度升高，奥氏体晶粒长大速奥氏体晶粒长大速度成指数关系迅速度成指数关系迅速增大。增大。n 加热温度升高时，加热温度升高时，保温时间应相应缩保温时间应相应缩短，这样才能获得短，这样才能获得细小的奥氏体晶粒。细小的奥氏体晶粒。52材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2）加热速度的影响）加热速度的影响n 加热速度越大，奥氏体的实际形成温加热速度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率与长大速度之比（度越高，形核率与长大速度之比（N/G）随之增大，可以获得细小的起始晶粒度。随之增大，可以获得细小的起始晶粒度。n 快速加热并且短时间保温可以获得细快速加热并且短时间保温可以获得细小的奥氏体晶粒度。小的奥氏体晶粒度。n 如果此时长时间保温，由于起始晶粒如果此时长时间保温，由于起始晶粒细小，加上实际形成温度高，奥氏体晶粒细小，加上实际形成温度高，奥氏体晶粒很容易长大。很容易长大。53材料成型与控制工程系材料成型与控制工程系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3）钢的碳含量的影响）钢的碳含量