《ch3.2钢的奥氏体等温转变ppt(11级)剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ch3.2钢的奥氏体等温转变ppt(11级)剖析（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,2019/10/19,3.2 钢的奥氏体等温转变,1. 原始组织为平衡态组织时的加热转变 2. 原始组织为不平衡态组织时的加热转变,2,2019/10/19,GV 0，T0，P、平衡 GV 0，P满足条件；因此，奥氏体形成的热力学条件：必须在一定的过热度（TA1）条件下才能发生。,奥氏体形成的体系自由能：G = -GVGSGe 发生转变时：t A1(727)，A1即奥氏体转变临界点。实际转变温度与临界点A1之差称为过热度，过热度越大，驱动力也越大，转变也越快。,3.2.1 奥氏体转变热力学和形成温度范围,1. 奥氏体形成的热力学条件,3,2019/10/19,2. 奥氏体形成的温度范围 钢
2、的热处理依据之一是Fe-Fe3C相图 实际加热 理论温度 实际冷却 Ac1、 A1（PSK线）、 Ar1 Ac3、 A3（GS线）、 Ar3 Accm、 Acm（ES线）、 Arcm,4,2019/10/19,3.2.2 奥氏体转变机制,共析钢的原始组织为片状珠光体。当加热到Ac1以上保温时，将全部转变为奥氏体。这一转变过程由下式表示： P （ Fe3C ） 含碳量： 0.0218% 6.69% 0.77% 结构： 体心立方 正交晶格 面心立方 这一过程由铁的晶格改组和铁、碳原子的扩散，它包括以下四个阶段 ：奥氏体形核、奥氏体核的长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。,共析钢奥氏体形成过程示
3、意图,5,2019/10/19,一. 奥氏体晶核的形成,1. 形核条件：奥氏体晶核的形成条件是系统的能量、结构和成分起伏。 2. 形核位置：(a)/Fe3C界面（优先位置、通过扩散机制）；(b)珠光体团交界处；(c)先共析/珠光体团交界处。 3. 优先在铁素体与渗碳体相界面处形核的原因： （a）界面上存在碳的浓度起伏、结构起伏；易满足形成奥氏体所需的碳浓度； （b）界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏；此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，易满足形成奥氏体所需的能量 （c）有Fe3C溶解后的补充碳原子。 4. 有时在铁素体内部也能形核，只要满足：(a)温度高，提供足够的相变驱动力；(b)有嵌镶块
4、，提供足够的浓度条件和晶核尺寸。 5. 奥氏体形核有铁原子和碳原子扩散机制。,6,2019/10/19,一. 奥氏体晶核的形成,共析钢奥氏体的形核（a）20s（b）25s（c）26s（d）30s（2000）,0.95%C-2.61%Cr钢在800加热时奥氏体形成的TEM照片（a）奥氏体在渗碳体/铁素体界面形核；（b）奥氏体在珠光体团的边界形核。,形核观察,7,2019/10/19,二.奥氏体晶核长大,奥氏体晶核形成之后，长大便开始了。其奥氏体核的长大是依靠碳原子的扩散、奥氏体两侧界面向铁素体及渗碳体推移来进行的。长大过程是通过Fe3C向中溶解、碳原子在和中的扩散、的晶格改组、两侧界面（/界面和
5、Fe3C/界面）分别向和Fe3C中推移等过程来进行的。 奥氏体长大是碳原子扩散控制的。,8,2019/10/19,1. 碳原子在奥氏体中的扩散 由图所示，设在温度t1，在与Fe3C交界面形成核。由于晶核中与交界处碳含量C-C-Fe3C (晶核中与Fe3C交界处碳含量)，碳原子向一侧扩散，就改变了中各个界面的浓度，破坏了平衡状态，为了恢复平衡，低碳的F将转变为而使界面碳含量仍然恢复到C-，同时Fe3C中的碳也溶入，也使界面浓度增高到C-Fe3C，有利于的长大。,共析钢A晶核长大时浓度变化和扩散示意图,9,2019/10/19,符号的意义： C：奥氏体的碳浓度，0.77% （S点） C-：靠近铁素
6、体一侧的奥氏体中含碳量（GS线） C-Fe3C：靠近渗碳体一侧的奥氏体中含碳量（ES线） C -：靠近奥氏体一侧的铁素体中含碳量（GP线） C-Fe3C：靠近渗碳体一侧的铁素体中含碳量（QP的延长线） Fe3C：渗碳体的碳浓度，6.69%。,共析钢A晶核长大时浓度变化和扩散示意图,10,2019/10/19,共析钢A晶核长大机制,奥氏体晶核形成之后，它一面与渗碳体相接，一面与铁素体接。在奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量（C-）较低，而靠近渗碳体一侧含碳量（C-Fe3C）较高,由于C-Fe3CC-,这使得在奥氏体中出现了碳的浓度梯度，引起碳在奥氏体中由高浓度的Fe3C/相界面向低浓度的/相界面扩散。
7、随着碳在奥氏体中的扩散，破坏了原先相界面处碳浓度的平衡，即造成靠近铁素体一侧奥氏体的碳浓度增高（C-），靠近渗碳体一侧奥氏体的碳浓度降低（C-Fe3C）。为了恢复原先碳浓度的平衡，势必促使铁素体向奥氏体转变以及渗碳体的溶解。,共析钢A晶核长大时浓度变化和扩散示意图,奥氏体中与铁素体和渗碳体相界面处碳平衡浓度的破坏与恢复的反复循环过程，就使奥氏体逐渐向铁素体和渗碳体两方向长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。,11,2019/10/19,2. 碳原子在铁素体内部的扩散 碳在奥氏体中的扩散的同时，在奥氏体中出现了碳的浓度梯度（C-Fe3CC-），碳在铁素体中也进行扩散,促使奥氏体长大。由于中与交界
8、的界面浓度C- C-Fe3C (中与Fe3C交界的界面浓度），碳原子向奥氏体一侧扩散，使铁素体中碳浓度升高，有利于向奥氏体的转化。,共析钢A晶核长大时浓度变化和扩散示意图,12,2019/10/19,P时，铁素体总是消失。铁素体消失以后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分渗碳体称为剩余渗碳体。 1.实验现象：（a）消失时，组织中的Fe3C还未完全转变。（b）测定后发现奥氏体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，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Fe3C的C浓度高于共析成分较少，而靠近处的碳浓度低于共析成分较多，S点不在C-与C-Fe3C中点，而
9、稍偏右。所以中平均碳浓度，即(C-C-Fe3C)/2低于S点成分。当全部转变为后，多余的碳即以Fe3C形式存在。 3.剩余渗碳体溶解：通过随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体通过碳原子的扩散，不断溶入奥氏体中，使奥氏体的碳浓度逐渐接近共析成分。这一阶段一直进行到渗碳体全部消失为止。,三. 剩余渗碳体溶解,13,2019/10/19,四. 奥氏体成分均匀化,当剩余渗碳体全部溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原来存在渗碳体的区域碳浓度较高，而原来存在铁素体的区域碳浓度较低，只有继续延长保温时间，使碳原子充分扩散才能得到成分均匀的单相奥氏体。 共析碳钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原子的扩散，通
10、过形核长大碳化物溶解奥氏体均匀化四个步骤实现的。因此以上共析碳钢珠光体向奥氏体等温形成过程，可以用下图形象地表示出来。,14,2019/10/19,五.奥氏体非扩散形成,（1）无扩散形核，扩散长大； （2）铁素体全部以无扩散方式转变为低碳的奥氏体； （3）最近的研究成果：铁素体向奥氏体转变直接受加热速度控制，快速加热可以为无扩散形核，而缓慢加热则以扩散方式形成。,15,2019/10/19,六.非共析钢奥氏体的形成,非共析钢和共析钢奥氏体形成基本相同，也经历上述四个过程。但加热温度仅超过Ac1时，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍保留一部分先共析铁素体和先共析渗碳体，只有当加热温度超过A
11、c3 或Accm时并保温足够时间，原始组织才能全部转变为均匀的单相奥氏体。即： 亚共析钢：P 过共析钢：Fe3CP Fe3C ,16,2019/10/19,一.共析碳钢奥氏体等温形成动力学,奥氏体形成动力学分为等温形成动力学和连续加热形成动力学。等温形成动力学即在一定温度下的转变量和转变时间的关系（即在一定温度下的转变速度）。奥氏体的形成速度决定于奥氏体的形核率和晶核的线长大速度，它受钢的成分、原始组织状态、等温温度等条件的影响。,3.2.3 奥氏体的转变动力学,17,2019/10/19,1. 共析钢奥氏体等温形成动力学图 共析钢A等温形成（TTA）图测定：金相法、物理分析法 TTATime
12、 Temperature Austentization 金相法：以厚为1-2 mm的薄片，在盐浴中加热到AC1以上某一指定温度，保温不同时间后淬火，观察金相。因加热转变所得的奥氏体在淬火时转变为马氏体，故根据观察到的马氏体量的多少，即可了解奥氏体形成过程。,时间(s),根据观察结果，作出在一定温度下等温时，奥氏体形成量与等温时间的关系曲线，称为奥氏体等温形成动力学曲线。 将不同温度下的奥氏体等温转变的开始及终了时间绘于同一图中，即可得奥氏体等温形成动力学图。,18,2019/10/19,共析钢A等温形成动力学图制作步骤,1、以厚为1-2 mm的薄片，在盐浴中加热到AC1以上某一指定温度，保温不
13、同时间后淬火，观察金相。根据观察到的马氏体量的多少，可了解奥氏体形成过程。 2、根据观察结果，作出在一定温度下等温时，奥氏体形成量与等温时间的关系曲线。 3、将不同温度下的奥氏体等温转变的开始及终了时间绘于同一图中，即可得奥氏体等温形成动力学图。如右图。,时间(s),19,2019/10/19,2. 共析钢A等温形成图分析,如图T坐标系，四条曲线（奥氏体形成开始线（0.5% ）、奥氏体形成终了线（99.5%）、剩余渗碳体溶解完了线、奥氏体成分均匀化线），分成五个区（P、P、+Fe3C、不均匀、均匀） 共析钢奥氏体等温形成的动力学特点： 1. 奥氏体形成需要一定的孕育期。孕育期是扩散型相变的特点
14、。 2. 奥氏体形成速度呈现慢、快、慢的特点。 3. 等温温度越高， 奥氏体形成速度越快。 4. 需继续延长保温时间，剩余渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化。,时间(s),20,2019/10/19,二.奥氏体形核和长大动力学,奥氏体形成速度决定于奥氏体的形核率J和晶核的线长大速度G，等温条件下J和G均为常数。随温度的提高， J和G均增大。,奥氏体形核（J）和线生长速度（c）与温度的关系,21,2019/10/19,1. 奥氏体的形核率 按均匀形核的条件，奥氏体的形核率(1/Smm3)与温度的关系，可写作 ： 式中，K：玻耳兹曼常数；Q：扩散激活能； W：临界形核功；T：绝对温度；C：常数，与奥
15、氏体核所需碳含量有关。 临界形核功：,22,2019/10/19,影响形核率的因素： T，上中右侧三项都增加，J。 (a).形核与扩散有关（第二项） D = D0 exp(-Q/KT)， T， Q一定， exp(-Q/KT)，D (b).形核与临界形核功G*有关（第三项） W = k * 1/(GV)0.5， 式中，k为常数；GV：单位体积奥氏体与珠光体自由能之差。T，GV，W，exp(-W/KT)。 (c). 形核与A含碳量有关（常数项） T，能稳定存在的奥氏体中最低含碳量沿GS线降低，形核所需含碳量起伏，形核容易，C， J，右侧三项的共同作用，J。同时T，原子的活动能力增强，扩散速度加快，有利于铁素体向奥氏体的晶格改组、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化，加快A的形核。,23,2019/10/19,3. 长大速度V(mm/s) 奥氏体线长大速度与奥氏体长大机制有关。奥氏体线长大速度是奥氏体向铁素体铁素体推移的速度V-和奥氏体向渗碳体推移的速度VFe3C之和。 V= V-VFe3C 推移的速度取决于：（1）碳在奥氏体中的传输速度，传输速度取决于碳在奥氏体中的扩散系数和浓度梯度。扩散系数随温度升高而增大，浓度梯度取决于形成奥氏体的厚度及随温度而改变浓度差（C-Fe3C-C-）。（2）铁素体向奥氏体的晶格改组。即铁原子自扩散的速度。,24,2019/10/19,（1）
