1.9析出相的聚集和组织的粗.ppt

1.9析出相的聚集和组织的粗化 新相形成以后，在一定温度下保持，还会发生一个新的过程，即晶粒的长大，析出相的聚集等显微组织的粗化过程。 这是由于系统中储存着大量的界面能的缘故。降低界面能以使系统趋向更加稳定的状态，是热力学上的必然。 1.9.1、弥散析出相的聚集长大 由Gibbs-Thomson定律可见溶解度与r有关，可以用下式表示 新相颗粒在一定温度T下随时间τ延长而不断长大，颗粒平均半径与温度的关系式： 1.9.2 条片状组织的粗化 纤维状或杆状新相在形成时可能存在分支缺陷，转变时未充分生长，长度有限，其终端呈球形。按Gibbs-Thomson定律，该终端不断溶解、收缩变短，最后分支缺陷消失，而促使相邻纤维不断长大变粗。 1.9.3 片状珠光体的粗化—球化 片状珠光体由渗碳体片和铁素体片构成。渗碳体片中有位错、亚晶界，铁素体与渗碳体亚晶界接触处形成凹坑。在凹坑两侧的渗碳体与平面部分的渗碳体相比，具有较小的曲率半径。在与坑壁接触的固溶体具有较高的溶解度，将引起碳在铁素体中扩散并以渗碳体的形式在附近平面渗碳体上析出，为了保持平衡，凹坑两侧的渗碳体尖角将逐渐被溶解，而使曲率半径增大。这样，破坏了此处的相界表面张力平衡，为了保持这一平衡，凹坑将因渗碳体继续溶解而加深。这样下去，渗碳体片将溶穿，溶断。平面处长大成球状。 共析钢的片状珠光体组织 渗碳体片球化机理示意图 渗碳体片球化过程示意图 轴承钢球化组织 1.9.4 晶粒粗化及防止粗化措施 母相全部转变为新相后，往往晶粒细小，界面能高，若继续加热保温，由于晶界迁移而发生晶粒粗化。 钢中的奥氏体晶粒形成初期，晶粒较为细小，随着温度的升高，时间的延长，晶粒将长大粗化。 (1)晶粒粗化的驱动力 设有球形晶粒，如图1-33，半径为R，晶界面积为4πR2，总界面能为4πR2γ。晶界沿球直径向球心移动时，界面将缩小，界面能将下降，则得 : 球形晶粒示意图 P =设作用于晶界的驱动力为P，界面4πR2在P作用下，移动d R时，引起自由焓变化为dG，则： 表明：1)由界面能提供的作用于单位面积晶界的驱动力P与界面能γ成正比而与界面曲率半径R成反比。力的方向指向曲率中心。当晶界平直时，R=∞，则驱动力等于零。 2)从该式中还可以看出，界面能γ越大，驱动力越大。 降低界面能，界面移动的驱动力変小。 (2)晶粒长大 以简单的薄片试样的晶粒粗化为例，薄片厚度小于晶粒直径，且晶界垂直于薄片表面，则可视为二维晶粒。若所有晶粒均为六边形，每个晶粒均与六个晶粒相邻，晶界夹角均为120o。这时所有晶界均平直，P=0。那么，晶界不能移动，晶粒稳定，不会长大。如图 Fe-Cu合金α相的二维晶粒形态 Fe-Cu合金α相的混晶，大晶粒吃小晶粒 每个晶粒相邻的晶粒数不同 实际上，形核有先后，长大条件各异，晶粒大小必不等，每个晶粒的边数不一样，小晶粒的边界数可能小于六，大晶粒的边界数将大于六。即每个晶粒相邻的晶粒数不同。晶粒越大，边界数越多。 图1-35为实际的二维晶粒图片，可见，晶粒大小不等，晶粒边数有3、4、5、6、7个边的。 大吃小,凹吃凸。 在三个晶界交点处，为了保持界面张力平衡，即必须保持三个交角均为1200，晶界必将凸向大晶粒一方，出现曲面晶界。那么将有驱动力P作用于晶界，促使晶界移动。如果没有大于P的阻力，那么晶界将向小晶粒推进。结果是大晶粒不断长大，小晶粒逐渐变小，直至消失。 即大晶粒吃掉小晶粒，凹晶粒吃掉凸晶粒。结果晶粒粗化。 阻碍晶粒粗化的因素有： （1 降低元素扩散系数的因素，可以延缓晶粒粗化，如降低加热温度，或增加原子的扩散激活能； （2) 界面处第二相质点，微细颗粒可扎钉晶界，阻碍晶界迁移； （3)降低界面能，则减小了长大驱动力。 防止晶粒粗化的措施 防止晶粒粗化的主要措施是： 1）控制加热温度不要过高，加热时间不要太长； 2）加入合金元素或弥散的第二相质点阻碍晶界迁移。如钢中的VC、TiC、NbC、AlN等质点扎钉奥氏体晶界，限制奥氏体晶粒长大 3）加入稀土，RE降低奥氏体的晶界能，故减小了晶粒长大的驱动力，因而细化晶粒。 * * 设α相中有两个半径不等的相邻的β相颗粒，半径分别为r1和r2，且r1 r2 。 20μm 二维晶粒示意图