《钢中的回火转变（固态） 金属固态相变 教学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢中的回火转变（固态） 金属固态相变 教学课件（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT第七章 淬火钢的回火转变第七章 淬火钢的回火转变钢淬火形成钢淬火形成M组织后不能直接使用，因为：组织后不能直接使用，因为： 淬火组织（淬火组织（M+Ar）亚稳）亚稳 M（片状）脆性大淬火组织残余应力高（片状）脆性大淬火组织残余应力高回火回火将淬火零件重新加热到将淬火零件重新加热到低于临界点A低于临界点A1 1某一温度保 温，使淬火亚稳组织转变为稳定的回火组织，并以适当的 冷却速度冷却到室温的热处理工艺过程。某一温度保 温，使淬火亚稳组织转变为稳定的回火组织，并以适当的 冷却速度冷却到室温的热处理工艺过程。回火目的：回火目的：使淬火得到的
2、使淬火得到的亚稳组织亚稳组织转变为稳定的回火组织； 提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的残余应力转变为稳定的回火组织； 提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的残余应力, 稳定尺寸稳定尺寸回火过程为何可以发生？回火过程为何可以发生？返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT淬火钢的组织是马氏体残余奥氏体。淬火钢的组织是马氏体残余奥氏体。 对于碳钢，当碳含量小于对于碳钢，当碳含量小于0.5时，时，AR量常小于量常小于2； 当碳含量为； 当碳含量为0.8时，时，AR量约为量约为6； 当碳含量为； 当碳含量为1.25时，时，AR量超过量超过30； 合
3、金钢，随着合金元素种类和数量的不同，； 合金钢，随着合金元素种类和数量的不同，AR的变化更大的变化更大淬火组织是高度不稳定的，原因有三：淬火组织是高度不稳定的，原因有三： 马氏体中的碳是高度过饱和的； 马氏体有很高的应变能； 与马氏体并存的还有一定数量的残余奥氏体。马氏体中的碳是高度过饱和的； 马氏体有很高的应变能； 与马氏体并存的还有一定数量的残余奥氏体。返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT正是由于马氏体和残余奥氏体的正是由于马氏体和残余奥氏体的不稳定状态与平衡状态的自由能差不稳定状态与平衡状态的自由能差，为转变提供了，为转变提供了驱动力驱动力，使得马氏体可自发的向平衡状
4、态转变，一旦动力学条件具备，转变就会自发进行。这个，使得马氏体可自发的向平衡状态转变，一旦动力学条件具备，转变就会自发进行。这个动力学条件动力学条件就是使原子具有就是使原子具有足够的活动能力足够的活动能力，回火处理就是通过提高原子活动能力（加热）、使转变能以适当的速度进行，或在适当时间内使转变达到所需要的程度。根据在不同温度范围内发生的组织转变，可以将碳钢的整个回火过程分为以下，回火处理就是通过提高原子活动能力（加热）、使转变能以适当的速度进行，或在适当时间内使转变达到所需要的程度。根据在不同温度范围内发生的组织转变，可以将碳钢的整个回火过程分为以下5个有区别而又相互重叠的阶段。个有区别而又相
5、互重叠的阶段。返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT一、淬火碳钢回火时的组织转变一、淬火碳钢回火时的组织转变回火时组织和性能的转变称为回火时组织和性能的转变称为回火转变回火转变回火转变。随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化：时效阶段（回火转变。随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化：时效阶段（100以下）： 马氏体中碳原子偏聚 回火第一阶段以下）： 马氏体中碳原子偏聚 回火第一阶段(80250)： 马氏体分解 回火第二阶段： 马氏体分解 回火第二阶段(200300)：残余奥氏体分解 回火第三阶段：残余奥氏体分解 回火第三阶段(250400)：碳化物析出与转变 回火第四阶段：
6、碳化物析出与转变 回火第四阶段(400以上以上)：渗碳体的聚集长大与 相的再结晶。：渗碳体的聚集长大与 相的再结晶。返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生， 而是相互重叠的。按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生， 而是相互重叠的。 1.碳原子偏聚（时效阶段）碳原子偏聚（时效阶段） (100以下以下) 马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，存在于体心立方 扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马 氏体处于不稳定状态。为了降低能量，在中的过饱和固溶体，存在于体心立方 扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸
7、变，使马 氏体处于不稳定状态。为了降低能量，在100左右，碳 原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的 碳的富集区。位错马氏体，低温下左右，碳 原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的 碳的富集区。位错马氏体，低温下C、N原子短程扩散到位错线附近原子短程扩散到位错线附近偏聚偏聚 孪晶马氏体，低温下孪晶马氏体，低温下C 、N原子短程扩散原子短程扩散富集富集到某一晶面到某一晶面一、淬火碳钢回火时的组织转变一、淬火碳钢回火时的组织转变返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT从能量角度来看，富集区的能量高于偏聚区的能量，稳定性较差。 富集区的形状为片状，每片中含从能量角
8、度来看，富集区的能量高于偏聚区的能量，稳定性较差。 富集区的形状为片状，每片中含23个碳原子，厚度为个碳原子，厚度为 3A，宽度为，宽度为6A，长为，长为7A。 富集区只是碳原子在某一晶面上的富集，因此，与母相马氏体保持密切的联系，它的存在将使马氏体点阵发生畸 变，随富集区的数量增加，畸变量也增加，硬度将有所提 高。同时也使马氏体的电阻率有所提高。 富集区只是碳原子在某一晶面上的富集，因此，与母相马氏体保持密切的联系，它的存在将使马氏体点阵发生畸 变，随富集区的数量增加，畸变量也增加，硬度将有所提 高。同时也使马氏体的电阻率有所提高。2返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT例
9、例1. 计算得到在计算得到在230时，碳原子扩散时，碳原子扩散0.2 nm，约需，约需 20s(微秒微秒)，如钢的，如钢的MS高，则在淬火过程中就能发生扩散。例高，则在淬火过程中就能发生扩散。例2. 含碳含碳0.21%的的Fe-C合金，奥氏体化后淬火，合金，奥氏体化后淬火，150回火回火 10分钟，用原子探针测得基底含碳分钟，用原子探针测得基底含碳0.03 %，而板条马氏体的 条界碳含量为，而板条马氏体的 条界碳含量为0.42 %，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT返回下一页上一页本章首页固态相变 ,
10、SMSE,CUMT马氏体的分解过渡型碳化物析出阶段马氏体的分解过渡型碳化物析出阶段马氏体的分解过渡型碳化物析出阶段马氏体的分解过渡型碳化物析出阶段。随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生 有序化然后转变为过渡型碳化物。随碳化物的析出，马氏体的含碳量不断减少，点阵常数c 下降、a升高、正方度。随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生 有序化然后转变为过渡型碳化物。随碳化物的析出，马氏体的含碳量不断减少，点阵常数c 下降、a升高、正方度c c/ /a a不断下降。碳化物为-Fe不断下降。碳化物为-Fex xC（x=23），密排六方结构，与基体 马氏体保持共格关系。不是平衡相，而是
11、向渗碳体转变前 的一个过渡相。马氏体的分解有两种分解方式(双相分解和单相分解) 。C（x=23），密排六方结构，与基体 马氏体保持共格关系。不是平衡相，而是向渗碳体转变前 的一个过渡相。马氏体的分解有两种分解方式(双相分解和单相分解) 。2.马氏体分解（马氏体分解（80-250 ） ）返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT（1）高碳马氏体分解（1）高碳马氏体分解 a.马氏体双相分解（80150 a.马氏体双相分解（80150 ） ） 当温度低于125时，回火后可出现两种不同正方度的M当温度低于125时，回火后可出现两种不同正方度的M双相分解。双相分解。2.马氏体分解（马氏体分
12、解（80-250 ） ）0.061.0032.8722.8631h2500.081.0042.8742.861 1h2250.14 1.0062.878 2.8591h2000.211.0092.8842.8571h1750.271.0122.886 2.852 1h1500.291.013 2.886 2.846 1h1251.2 ,0.291.054 ，1.0132.882 ， 3.02 2.846 1h1001.4 ,0.271.062 ，1.0122.886 ，3.02 2.846 10 年室 温碳含量年室 温碳含量(%) c/aca回火时 间回火温度 回火时 间回火温度 含碳 1.4
13、%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化含碳 1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与含碳量的变化返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT双相分解机制双相分解机制： a) 在碳原子的富集区，形成碳化物核，周围碳原子的扩散 促使其长大。但由于温度低，进行的仅仅是近程扩散，从而形 成具有二个浓度的相，析出的碳化物粒子也不易长大。 b) 在高碳区继续形成新核，随时间延长，高碳区逐渐变成 低碳区，高碳区减少。 c) 低碳区增多，平均成分降至0.250.3%，与原始碳量、 分解温度无关。： a) 在碳原子的富集区，形成碳化物核，周围碳原子的扩散 促使其长大。但由于温度低，进行的仅仅
14、是近程扩散，从而形 成具有二个浓度的相，析出的碳化物粒子也不易长大。 b) 在高碳区继续形成新核，随时间延长，高碳区逐渐变成 低碳区，高碳区减少。 c) 低碳区增多，平均成分降至0.250.3%，与原始碳量、 分解温度无关。马氏体双相分解碳的分布.avi返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT由于温度较低，碳原子扩散能力很弱，由于温度较低，碳原子扩散能力很弱，-FeXC在马氏体某些碳的富集区通过能量、结构和成分起伏形核，并向马氏体 中长大。在长大时，要吸收碳化物附近马氏体中的碳原子， 而远离在马氏体某些碳的富集区通过能量、结构和成分起伏形核，并向马氏体 中长大。在长大时，要吸收
15、碳化物附近马氏体中的碳原子， 而远离-FeXC的马氏体中碳原子仍然保持不变。这样在同一片马氏体出现了成分不同，而结构相同的两个区域，每个 区域相当于一相，所以称之为双相分解。 双相分解的速度与温度有关，温度越高，其分解速度越快。的马氏体中碳原子仍然保持不变。这样在同一片马氏体出现了成分不同，而结构相同的两个区域，每个 区域相当于一相，所以称之为双相分解。 双相分解的速度与温度有关，温度越高，其分解速度越快。为什么会出现两种正方度？为什么会出现两种正方度？3返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMTb.b.b.b.马氏体单相分解马氏体单相分解马氏体单相分解马氏体单相分解（125-2
16、50 ） ） T125时，碳原子扩散能力加大， 相中不同浓度可通过长程扩散消除， 析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大。 故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的相， 碳含量和正方度不断下降，300时，T125时，碳原子扩散能力加大， 相中不同浓度可通过长程扩散消除， 析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大。 故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的相， 碳含量和正方度不断下降，300时，c c/ /a a接近1, 分解结束。接近1, 分解结束。（1）高碳马氏体分解）高碳马氏体分解2.马氏体分解（马氏体分解（80-250 ） ）双相分解单相分解双相分解单相分解返回下一页上一页本章首页固态相变 , SMSE,CUMT（2）低碳及中碳马氏体的分解（2）低碳及中碳马氏体的分解低碳钢及中碳钢低碳钢及中碳钢M MS S点高，淬
