相变原理PhaseTransformationsII选读.ppt

第四章 非连续相变 非连续相变及其特点 Definition: A discontinuous transformation is a phase change that takes place across a sharp interface that moves relatively rapidly through the microstructure. 特点： 界面两侧的平均成分相同 非连续相变及其特点 反应生成相在界面两侧溶质浓度差异大。 非连续相变及其特点 新相长大速度与时间呈线性关系（连续转变时为抛物线关系）：GR = K1 t “非连续性”表现在：当相变前沿移过某点后，相变过程也完成了；也就是说，相变过程发生在界面上（连续型相变在整个组织中一直都在发生）。 与连续相变的区别还在于： ?? (supersaturated) ? ? (saturated) + ? ： ? 与 ?? 具有不同的位向但有相同的晶体结构； ? (austenite) ? ? (ferrite) + Fe3C ：母相与任意新相既有不同位向，也有不同晶体结构。 非连续相变及其特点 反应生成物一般呈片状结构（也有例外）：这是由于虽然片状相具有较高的表面能，但是相变时原子的扩散距离很短。 珠光体的形核与长大 形核步骤： 主要在奥氏体晶界上形成 晶界两侧的界面类型不同 珠光体的形核与长大 形核步骤： 先形成相在亚共析钢中为铁素体，过共析钢中为渗碳体，共析钢中二者皆有可能。 一个相（如渗碳体）形成后会促进另外一相的形成（铁素体） 珠光体的形核与长大 形核步骤： 铁素体附近存在碳的富集 珠光体的形核与长大 珠光体团的形核方式（uninodules and binodules ） 铁素体的形成促进了相邻晶粒内部碳 原子的富集 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 高能界面一侧推进较快 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 层片组织可发生分支 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 层片组织可发生分支 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 界面的法向长大速度是侧向分支速度的1.4倍 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 径向生长 在相变温度较低时，分支广泛生长——珠光体团发源于一点，形成扇状珠光体 珠光体的形核与长大 珠光体团的长大 径向生长 珠光体的层片结构 层片厚度： 取决于珠光体成分 对于的Fe- 0.8%C 合金：铁素体占 87.5%；Fe3C = 12.5% （二者密度分别为7.40 和 7.86 g/cm3 ）——单片厚度比为1：7 珠光体的层片结构 精细结构 台阶界面（约 4个原子间距） 珠光体形核率 非均匀形核——位置饱和 珠光体形核与奥氏体结构有关，主要在晶界开始；且在形核早期即占据几乎所有的晶界位置。 珠光体形核率 非均匀形核——位置饱和 形核过程在珠光体相变早期即告停止（形核位置消耗完全） 形核率与奥氏体晶粒尺寸有关（长大速度则无关） 形核率先增加很快，然后减缓、下降并趋于0（位置饱和时）。 N = 7.6 t2 珠光体形核率 早期形核率 渗碳体（半球）表面积：AC = 4? r2/2 = 2? r2 = 2? K1 D t 渗碳体表面积决定了铁素体形核的几率 珠光体形核率 早期形核率 早期形核率与时间平方成正比： 所以增长较快。 珠光体形核率 形核率随过冷度增加而增大 珠光体长大动力学 扩散控制的长大过程 考虑单位体积的奥氏体转变为珠光体： GR = V/t = 1/t = n / (Co - C1) n = 从面MNOP到 QRST 输运的碳原子摩尔数 (Co - C1) = 输运的碳摩尔 浓度 珠光体长大动力学 扩散控制的长大过程 各位置的浓度： 珠光体长大动力学 扩散控制的长大过程 扩散方程： J = -D{dC/dx} and n = J A GR = J A/{Co - C1} = {-D A/(Co - C1)}{dC/dx} ?{D A/(Co - C1)}{?C/L} L = diffusion path length = K1 d d = pearlite spacing K1 ? ? and is the path length from M to Q GR = {D A/(Co - C1)}{?C/K1 d} 珠光体长大动力学 扩散控制的长大机制 界面前沿奥氏体中的扩散 通过生长界面的扩散 铁素体中的扩散 珠光体长大动力学 扩散控制的长大机制 铁素体中的扩散：比较认同：D? D? 此时，?C = (C2 - C1) and A ? 1 (as MNOP ? 1) and K1 ? ? . 珠光体长大动力学