钢在加热时的转变.ppt
《钢在加热时的转变.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢在加热时的转变.ppt(53页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、热处理原理热处理原理1.钢在加热时的转变钢在加热时的转变SchoolofMaterialsScienceandEngineeringInnerMongoliaUniversityofTechnology内蒙古工业大学内蒙古工业大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院LiangyahongEmail:QQ群:群:75667328热热处处理理原原理理1.引言引言2 2热热处处理理原原理理1.引言引言钢被加热得到的奥氏体钢被加热得到的奥氏体的的组织状态组织状态,包括,包括奥氏奥氏体晶粒大小,亚结构,体晶粒大小,亚结构,成分,均匀性以及是否成分,均匀性以及是否存在其他相、夹杂物等存在其他相、夹杂物等,
2、奥氏体转变的特点;奥氏体转变的特点;随后冷却过程中得到随后冷却过程中得到的组织和性能的组织和性能因此研究钢中的奥氏体的形成机理,把握因此研究钢中的奥氏体的形成机理,把握奥氏体状态的方法,具有重要的实际意义奥氏体状态的方法,具有重要的实际意义和理论价值。和理论价值。3 3热热处处理理原原理理2.奥氏体的组织结构和性能奥氏体的组织结构和性能以往奥氏体定义为:碳溶入以往奥氏体定义为:碳溶入g g-Fe中的固熔中的固熔体体钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入g g-Fe中所形成的固溶体。中所形成的固溶体。其中其中C、N等元素存在于奥氏体的间隙位置。等元素存在于奥氏体的间
3、隙位置。或者晶格缺陷处。或者晶格缺陷处。而原子尺寸与而原子尺寸与Fe原子相差不大的合金元素则原子相差不大的合金元素则固溶于替换位置。固溶于替换位置。还有一些化学元素吸附于奥氏体晶界等晶体还有一些化学元素吸附于奥氏体晶界等晶体缺陷处。缺陷处。奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。4 4热热处处理理原原理理2.1奥氏体的组织奥氏体的组织奥氏体晶粒一般为奥氏体晶粒一般为等轴状多边形等轴状多边形,在奥氏体,在奥氏体晶粒内有晶粒内有孪晶孪晶。如图。如图21a).b)所示所示图中出现的灰白不同的衬度是由于各晶粒暴图中出现的灰白不同的衬度是由于各晶粒暴露在试样表面上
4、的晶面具有不同的取向的露在试样表面上的晶面具有不同的取向的缘故。缘故。5 5热热处处理理原原理理(a)T8 钢的奥氏体晶粒钢的奥氏体晶粒(暗场像暗场像)(b)1Cr18Ni9Ti钢室温的奥氏体组织钢室温的奥氏体组织6 6热热处处理理原原理理2.2奥氏体的晶体结构奥氏体的晶体结构7 7热热处处理理原原理理奥氏体晶格参数与含碳量的关系奥氏体晶格参数与含碳量的关系8 8热热处处理理原原理理2.3奥氏体的性能奥氏体的性能奥氏体是最密排的点阵结构,致密度高,奥氏体是最密排的点阵结构,致密度高,比容最小。因此,钢被加热到奥氏体相区比容最小。因此,钢被加热到奥氏体相区时,体积收缩,冷却时,奥氏体转变为铁时,
5、体积收缩,冷却时,奥氏体转变为铁素体素体-珠光体等组织时,体积膨胀,容易珠光体等组织时,体积膨胀,容易引起内应力。引起内应力。9 9热热处处理理原原理理2.3奥氏体的性能奥氏体的性能奥氏体的点阵滑移系多,故奥氏体的塑性奥氏体的点阵滑移系多,故奥氏体的塑性好,屈服强度低,易于加工塑性变形。钢好,屈服强度低,易于加工塑性变形。钢锭或钢坯一般被加热到锭或钢坯一般被加热到1100以上奥氏体以上奥氏体化,然后进行锻轧,塑性加工成材。化,然后进行锻轧,塑性加工成材。一般钢中的奥氏体具有顺磁性,因此奥氏一般钢中的奥氏体具有顺磁性,因此奥氏体钢可以作为无磁性钢。特殊的体钢可以作为无磁性钢。特殊的FeNi软软磁
6、合金,也是奥氏体组织,但具有铁磁性。磁合金,也是奥氏体组织,但具有铁磁性。1010热热处处理理原原理理2.3奥氏体的性能奥氏体的性能奥氏体的导热性差,线膨胀系数最大,比奥氏体的导热性差,线膨胀系数最大,比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高约一铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高约一倍。故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏倍。故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。的仪表元件。另外,由于其导热性差,大钢件加热时,另外,由于其导热性差,大钢件加热时,热透较慢,加热速度应当慢一些,以减少热透较慢,加热速度应当慢一些,以减少温差应力,避免开裂。温差应力,避免开裂。1111热热处处理理原原理理3.奥氏体形成机
7、理奥氏体形成机理奥氏体形成是扩散性奥氏体形成是扩散性相变,转变的全过程可以相变,转变的全过程可以分为四个阶段,即:分为四个阶段,即:奥氏奥氏体形核体形核;奥氏体晶核长大奥氏体晶核长大;剩余渗碳体溶解剩余渗碳体溶解;奥氏体奥氏体成分均匀化成分均匀化。1212热热处处理理原原理理加热和冷却时的临界点加热和冷却时的临界点实际加热和冷却时转变的开始点不在实际加热和冷却时转变的开始点不在A1,实际生产中加热速度和冷却速度一般较快,实际生产中加热速度和冷却速度一般较快,转变发生滞后现象,即转变开始点随着加转变发生滞后现象,即转变开始点随着加热速度的加快而升高。习惯上将在一定加热速度的加快而升高。习惯上将在
8、一定加热速度下(热速度下(0.125/min)实际测定的临界)实际测定的临界点用点用Ac1表示,冷却时的临界点以表示,冷却时的临界点以Ar1表示。表示。临界点临界点A3和和Acm也附加脚标也附加脚标c,r,即:即:Ac3、Ar3、Accm、Arcm。奥氏体形成的条件奥氏体形成的条件1313热热处处理理原原理理加热和冷却时的临界点加热和冷却时的临界点钢的热处理钢的热处理P151414热热处处理理原原理理3.1奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件驱动力驱动力钢的热处理钢的热处理P15珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图1515热热处处理理原原理理
9、3.2奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成3.2.1形核地点形核地点一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成晶核。晶核。奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上(原始奥氏体晶界)形核并且长大,由于这样的(原始奥氏体晶界)形核并且长大,由于这样的晶界处富集较多的碳原子和其他元素,给奥氏体晶界处富集较多的碳原子和其他元素,给奥氏体形核提供了有利条件。形核提供了有利条件。下图下图b)所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成许多细小的奥氏体晶粒。许多细小的奥氏体晶粒。1616热热处处理理原原
10、理理a)奥氏体在铁素体、渗碳体界面上形成奥氏体在铁素体、渗碳体界面上形成b)奥氏体在原始界面上形核奥氏体在原始界面上形核0.1mm原奥氏体晶界和晶核钢的热处理钢的热处理P151717热热处处理理原原理理3.2.2形核形核奥奥氏氏体体的的形形成成是是扩扩散散型型相相变变,因因此此奥奥氏氏体体晶晶核是通过扩散机制形成的。核是通过扩散机制形成的。1818热热处处理理原原理理3.2.3奥氏体晶核的长大奥氏体晶核的长大1919热热处处理理原原理理2020热热处处理理原原理理当在铁素体和渗碳体交界面上形成奥氏体晶当在铁素体和渗碳体交界面上形成奥氏体晶核时,则形成了核时,则形成了g g a a 和和g g
11、Fe3C两个相界两个相界面。那么,奥氏体晶核的长大过程实际上面。那么,奥氏体晶核的长大过程实际上是两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中是两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中推移的过程。推移的过程。2121热热处处理理原原理理结论结论奥氏体的形成可以分为四个阶段:奥氏体的形成可以分为四个阶段:形核;形核;晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大;晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大;剩余碳化物溶解;剩余碳化物溶解;奥氏体成分均匀化。奥氏体成分均匀化。2222热热处处理理原原理理4.奥氏体形成的动力学奥氏体形成的动力学所谓形成动力学即指形成速所谓形成动力学即指形成速度问题。钢的成分、原始组织、加度问题。钢的成分、
12、原始组织、加热温度等均影响转变速度。热温度等均影响转变速度。为了使问题简化,首先讨论为了使问题简化,首先讨论当温度恒定时奥氏体形成的动力学当温度恒定时奥氏体形成的动力学问题。问题。2323热热处处理理原原理理4.1共析碳素钢奥氏体等温形成动力学共析碳素钢奥氏体等温形成动力学将小试样迅速加将小试样迅速加热到热到Ac1以上不同以上不同的温度,并在各的温度,并在各温度下保持不同温度下保持不同时间后迅速淬冷时间后迅速淬冷测定测定奥氏体的奥氏体的转变量转变量与与时间时间的关系的关系2424热热处处理理原原理理共析钢奥氏体等温形成图共析钢奥氏体等温形成图(TTA)Time-Temperature-Aust
13、enitization参考钢的热处理参考钢的热处理P23合金钢等温合金钢等温TTA曲线曲线2525热热处处理理原原理理4.2连续加热时奥氏体形成特征连续加热时奥氏体形成特征实际生产中,绝大多数情况下奥实际生产中,绝大多数情况下奥氏体是在连续加热过程中形成的。氏体是在连续加热过程中形成的。2626热热处处理理原原理理连续加热时奥氏体形成的连续加热时奥氏体形成的TTA曲线曲线钢的热处理钢的热处理P24 奥氏体连续加热奥氏体连续加热时的转变也是形时的转变也是形核、晶核长大的核、晶核长大的过程,也需要碳过程,也需要碳化物的溶解和奥化物的溶解和奥氏体的均匀化。氏体的均匀化。但是连续加热转变但是连续加热转
14、变有一定有一定特征特征下下一一页页2727热热处处理理原原理理1 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钢在连续加热时,奥氏体在一个温度钢在连续加热时,奥氏体在一个温度范围内完成。加热速度愈大,各阶段范围内完成。加热速度愈大,各阶段转变温度范围均向高温推移、扩大。转变温度范围均向高温推移、扩大。2828热热处处理理原原理理2、奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大、奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大在快速加热情况在快速加热情况下,碳化物来不下,碳化物来不及充分溶解,碳及充分溶解,碳和合金元素的原和合金元素的原子来不及充分扩子来不及充分扩散,因而,造成散,因而,造成奥
15、氏体中碳、合奥氏体中碳、合金元素浓度分布金元素浓度分布很不均匀很不均匀。加热速度和淬火温度对加热速度和淬火温度对40钢奥氏钢奥氏体内高碳区最高碳浓度的影响体内高碳区最高碳浓度的影响2929热热处处理理原原理理3、奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化、奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化快速加热时,相变过热度大,奥氏体快速加热时,相变过热度大,奥氏体形核率急剧增大,同时,加热时间又形核率急剧增大,同时,加热时间又短,因而,奥氏体晶粒来不及长大,短,因而,奥氏体晶粒来不及长大,晶粒较细,甚至获得超细化的奥氏体晶粒较细,甚至获得超细化的奥氏体晶粒。晶粒。3030热热处处理理原原理理结语在连续加热时,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 加热 转变
限制150内