第三章 钢中的相变.ppt

第三章 合金钢中的相变 问题：钢中可能发生的相变有哪些？ 本节主要讲授内容 加热(奥氏体化)—§3.2 冷却(奥氏体分解) —§3.3 淬火钢回火转变影响—§3.4 钢相变的热力学与动力学—§3.1 §3.1合金元素对相变基本因素的影响 影响自由能 影响扩散 影响活度 ①、碳在奥氏体和铁素体中的扩散能力 ②、合金元素在奥氏体和铁素体中的扩散能力 ③、合金元素对Fe 、C扩散的影响 置换式原子扩散比间隙原子慢几个数量级 在特定温度下，所有原子在铁素体中的扩散速度都比在奥氏体中的快； 在所有情况下，对每一种元素，在α－Fe 中扩散激活能必低于在γ－Fe 中的激活能（扩散能力与激活能呈负幂指关系，即激活能越大，扩散能力越差） 2、元素对碳在奥氏体中扩散能力的影响 （1）Cr、Mn、Mo、Ti、Nb等阻碍Fe 在奥氏体中的自扩散。这些元素与铁形成固溶体，降低铁原子的活度，使铁原子间结合力增加。 （2）碳对Fe 在奥氏体中自扩散的影响:存在碳，削弱铁原子间结合力，促进铁原子扩散。 4、碳在铁中的活度 定义：碳在铁固溶体中的活动性，可以衡量C在固溶体中的扩散能力、溶解能力和析出能力 ai = riNi （ai：活度；ri：组元的活度系数；Ni：碳在铁中的百分比浓度） 相对活度系数：碳在合金与非合金铁中活度系数的比值 即 fc = ai M / ai =ri M/ ri ※表征合金元素在铁碳合金中对碳活度的影响 钢加热过程中相变是什么？涉及哪些具体转变？ 钢加热奥氏体化时有两种相互竞争的相变机制：晶体学有序机制和无序机制。 无序机制形成奥氏体时，α→γ转变伴随着重结晶，即γ新晶粒的形成对原始α相来说，改变了大小和方向； 有序机制：不伴随重结晶，以相变切变的方式进行， γ晶粒保持原来α相晶粒的形状和大小 决定晶体相变转变机制的主要因素是：原始组织的类型以及他们之间精确的晶体学有序性。 原始无序的组织只能以无序转变机制进行相变； 原始有序组织（马氏体、贝氏体和魏氏组织铁素体）有两种转变机制：有序转变机制和无序转变机制。到底以那种相变机制进行转变，取决于合金化程度和加热速度。合金化程度越高，加热速度越快，越易出现有序转变或组织遗传。见图3－6 二、合金元素对A形成速度的影响 合金元素的加入，改变了钢A形成温度A1，A3和Acm及相变点的位置，从而影响了A形成速度； A的形成速度取决于奥氏体的形核和长大，这都和C的扩散有关，合金元素的加入改变了碳的扩散速度，所以影响了A的形成速度. (1)Co,Ni 提高C的扩散，增大A形成速度； (2)Si,Al,Mn影响不大； (3)碳化物形成元素Cr，Mo，W，Ti，V等阻碍碳的扩散，阻碍A形成 三、合金元素对碳化物溶解的影响 1、与碳钢相比，合金钢中碳化物溶解的特点： 1）奥氏体化时间：合金元素扩散速度较C的扩散速度慢的多，只是碳扩散的千分之几或万分之几。合金钢中，当F全部转变为A后，还有相当一部分碳化物被保留下来，为了增强A的合金化程度，充分发挥合金元素的作用，应使残余碳化物充分溶解到A中。所以合金钢奥氏体化时间较长。这就是合金钢在生产中加热保温时间较长的原因。 2）奥氏体化温度：由于合金元素的作用造成的扩散困难和合金碳化物的稳定性高，要使残余碳化物分解并溶于A中，需要提高加热温度。如：高速钢的淬火温度1250~1280℃，而共析温度只有820℃，就是希望碳化物充分溶解。 2、碳化物（氮化物）的溶解规律 ①随温度的上升，碳化物、氮化物的溶解度上升； ②最稳定的碳化物，溶解度最低； ③Cr 、Mo 、V的碳化物具有最大的溶解度。是潜在的最有用的合金碳化物； ④奥氏体中先溶解的较弱碳化物或氮化物形成元素将促进强碳化物或氮化物的溶解；非碳化物或氮化物元素阻碍碳化物或氮化物的溶解 四、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响 C促进A晶粒长大； 强碳化物形成元素强烈阻碍A晶粒长大； 中强碳化物形成元素可阻碍，但效果不如强碳化物； Ni，Co，Cu作用不明显； Al，Si含量少时，以夹杂物形式存在，可阻止A晶粒长大，当大量以合金元素加入，促进A晶粒长大； 当钢中C含量中等以上时，Mn可促进长大，在低碳含量时，Mn可细化晶粒 作业： 把以下四种钢在同一温度下进行奥氏体化处理，请比较各种钢中Cr的碳化物完全溶解所需时间最长的是 ？所需时间最短的是？所需时间大致相当的是？ 40CrNi、40Cr、40CrMn、40CrMo §3.3 合金元素对过冷A分解的影响 一、 对过冷A稳定性的影响 六种基本类型的过冷奥氏体等温分解曲线及其连续冷却转变曲线 1）碳钢及其不含碳化物形成元素——Ni 、Si、Cu