第二章 钢中奥氏体的形成.ppt

钢中奥氏体的形成;t;2.1 奥氏体及其特点 1. 奥氏体形成的温度范围 2. 奥氏体的定义 3. 奥氏体的组织和结构 4. 奥氏体的性能;（1） 奥氏体形成的温度范围;2、奥氏体结构;3、奥氏体的组织和结构;4、奥氏体的性能;5、 奥氏体形成的热力学条件;实际加热和冷却时的相变临界点不在同一温度上，往往存在一定的温度滞后。为了区别，通常把 实际加热时的相变临界点标以字母c（如AC1、AC3、ACcm）；实际冷却时的相变临界点标以字母r（如Ar1 、 Ar3 、 Arcm）；; 奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变 奥氏体的形成过程可分成四个阶段： （1）奥氏体的形核 （2）奥氏体的长大 （3）渗碳体的溶解 （4）奥氏体的均匀化;（1）奥氏体形核; 形核位置 鉴于相变对成分、结构以及能量的要求，晶核将在α/Fe3C相界面上优先形成，这是由于： ①相界面形核，可以消除部分晶体缺陷而使体系的自由能降低，有利于相变对能量的要求。 ②相界面两边的碳浓度差大，较易获得与新相奥氏体相适配的碳浓度，况且碳原子沿界面扩散较晶内为快，从而加速了奥氏体的形核。 ③相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起伏，从而由BCC改组成FCC。 ;（2）奥氏体的长大; （3）剩余渗碳体的溶解 由于 γ/Fe3C相界面的碳浓度差 ?Cγ?k 较大，Fe3C本身复杂的晶体结构，使得奥氏体向渗碳体方向的长大速度远比向铁素体方向为小，所以铁素体向奥氏体的转变比渗碳体的溶解要快得多，铁素体先消失，而渗碳体有剩余。 转变机制：一般认为是通过Fe3C中的碳原子向γ中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散以及Fe3C向γ晶体点阵改组来完成的。;综上所述，奥氏体的形成过程可以分为四个阶段：;图 奥氏体形成的四个阶段;2.3 奥氏体形成的动力学;1 形核率;N = C’ exp(-?G*/kT)exp(-Q/kT) (2-3) 式中: C’ ---- 常数 ?G* ---- 临界形核功 Q ---- 扩散激活能 k ---- 玻尔兹曼常数，= 1.38X10-23 J/K T ---- 绝对温度 N ---- 形核率，单位 1/(mm3 ? s) 与结晶不同的是，P→A的相变，是在升高温度下进行的相变。 温度升高时， ?G* ↓，Q ↓，从而形核率 N 增大。;2 奥氏体线长大速度; 碳在奥氏体中的扩散系数 D=D0exp(-Q/RT) 阿累尼乌斯方程(Arrhenius) G ---- 长大线速度，单位 mm/s 温度升高时， D↑, dC ↑, ?Cγ?α↓, ?Cγ?k ↓ 从而线长大速度G增大。;奥氏体的长大速度随温度升高而增大：;3 奥氏体等温形成动力学曲线; “终了”线处仍有部分剩余碳化物存在，需要继续保温才能完全溶解。而且在碳化物完全溶解之后，还需要继续保温才能使奥氏体的成分均匀化。若将剩余碳化物溶解及奥氏体成分均匀化过程全部标出，则共析碳钢的奥氏体等温形成图如图 所示。; 在高于AC1温度加热保温时，奥氏体并不立即形成，而是经过一定的孕育期后才开始形成。加热温度愈高，孕育期就愈短； 奥氏体形成速度在开始时较慢，以后逐渐增大，当奥氏体形成量约为50％时最大，以后又逐渐减慢； 加热温度愈高，形成奥氏体所需的全部时间就愈短，即奥氏体形成速度就愈快； 在珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，还需要一段时间使剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化。而在整个奥氏体形成过程中，剩余碳化物溶解，特别是奥氏体成分均匀化所需的时间最长。 对于亚共析钢或过共析钢，当珠光体全部转变为奥氏体后，还有过剩相铁素体或过剩相渗碳体的转变。这些转变也需要通过碳原子在奥氏体中扩散以及奥氏体与过剩相之间的相界面推移来实现。;4 影响奥氏体形成速度的因素;3）原始组织的影响 原始组织越细，晶体缺陷越多，奥氏体转变过程越快。 片状珠光体快于粒状珠光体。 ; 强碳化物形成元素Cr，W，Mo，V，阻碍碳的扩散，降低形成速度。 非碳化物形成元素Ni，Co，加速碳的扩散，增大形成速度。 Mn，Ni，Cu降低钢的临界点A1，细化原珠光体组织，增大形成速度。 Al，Si等对扩散系数影响比较小，但提高钢的临界点A1，降低形成速度。 钢中合金元素在原始组织中相的分布不均匀，在退火后，主要集中在： 碳化物形成元素（Mo，Cr，W，V，Ti等）主要集中在碳化