[工程科技]2-1奥氏体相变.ppt

第二章 钢中奥氏体的形成 Formation of Austenite in Steel 主要内容 什么是钢中的奥氏体：结构、组织、性能 奥氏体如何形成的 奥氏体等温形成动力学（速度、影响因素） 连续加热时奥氏体的形成 非平衡组织加热时奥氏体的形成（加热速度、原始组织） A晶粒长大及控制 研究A转变的目的 A转变是加热过程中的转变 欲通过热处理使材料获得要求的性能，首先要把钢加热，获得A组织，然后再以不同的方式冷却，发生不同转变，以获得不同的组织。 可以控制A转变的条件获得理想的A组织，为后续处理做好组织准备 第一节　 奥氏体的结构、组织与性能 一、A的晶体结构 A是碳溶于γ-Fe所形成的固溶体，位于八面体间隙中心，最大溶解度为2.11%，远小于理论值20%。（八面体间隙半径5.2x10-2nm,C原子半径7.7x10-2nm) C的溶入使晶格发生点阵畸变， 　使晶格常数增大 C在奥氏体中分布不均， 　有浓度起伏 二、A的金相组织 与原始组织、加热速度以及加热转变程度有关 颗粒状－经高温保温后，晶粒长大、边界变得平直化，呈等轴多边形，有些内部有孪晶 针状－非平衡态含C量低的钢在两相区以适当速度加热 　 三、A的性能 硬度、屈服强度均不高 塑性好（面心立方，滑移系多） 比容小（fcc是最密排的点阵结构） 扩散系数小，使热强性好，可用作高温用钢 导热性差，线膨胀系数较F和Fe3C高一倍 顺磁性，可作为无磁性钢 第二节 奥氏体的形成 （讨论由平衡组织转变为A的过程） 问题：钢的平衡组织是什么？ 一、基本概念 1.平衡和非平衡组织 原始组织—加热相变前的组织 钢的平衡态组织—以极缓慢的速度冷却(加热)得到的组织 钢的非平衡态组织 平衡组织 通过缓慢冷却所得到 的珠光体以及先共析 铁素体与渗碳体等组织 P (pearlite) P＋F (Ferrite) P＋ Fe3C (Cementite) 2.固态相变的形核 均匀形核 不均匀形核 晶界形核（界面，界棱，界隅） 位错形核 空位形核 3.固态相变的驱动力和阻力 驱动力：新旧两相自由能差 阻力：界面能，应变能 总能量变化：ΔG＝－ΔGv+ ΔGs+ ΔGE 形核率： 问题： 界面能和应变能是如何产生的？其大小对相的形态有何影响？ 共格，半共格：界面能小、应变能大，易形成片状，针状相 非共格：界面能大、应变能小，易形成球状。 为什么在临界温度A1以上珠光体会转变为奥氏体? A是如何形成的?(机制) A的核在什么位置形成? 在P中的两个相哪个先转变完？ 二、A等温转变过程 加热时，首先转变为A的是P，然后才是先共析F或Fe3C（相对于冷却时先形成先共析F或Fe3C） 共析钢转变四个阶段： A形核　　　　长大　　　　Fe3C溶解　　　A均匀化 一)A形成的热力学条件 A形成热力学条件 两相自由能差：ΔGv=Gγ-Gp0--相变驱动力 P　　A条件是：将P加热到A1以上 过热度：转变温度与临界点A1之差 过热度越大，驱动力越大，转变速度越快 加热速度极慢时：过热度＞0即可发生转变。A1 加热速度较快时：在较大的过热度下才能发生相变，好象临界点提高了。 Ac1 Ac1－在一定加热速度下实际测得的临界点（0.125oC/min) 二)奥氏体的形成 以共析钢的等温形成A为例： P(F+Fe3C) A 含碳量： 0.02% 6.67% 结构： 体心立方 复杂斜方 形成位置：在F和Fe3C交界面上通过扩散机构形成。 珠光体团界 先共析F/珠光体团交界处 原因： 1）成分上：在相界面上容易形成A所需的浓度起伏 　(C%)F＝0.02%， (C% )Fe3C=6.69%, (C% )A=2.11% （居于F和Fe3C之间） 2）能量上：在相界上形核使界面能减小，应变能减小，使热力学条件更容易满足。 ΔG＝－ΔGv+ ΔGs+ ΔGE 三)A核的长大 通过渗碳体的溶解、碳原子的扩散（在A或F中）、A两侧的界面推移（向F和Fe3C）来进行的。 注：碳原子的扩散根据原始组织的不同可能取两种形式： 1）C在A中扩散 2）C在F中扩散 四)残留渗碳体的溶解 1.实验现象： 1) F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变 2) 测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77% 2.原因： Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线，S点不在CA-F与CA-C中