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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料相变过程微观组织模拟,pdf基于Deform3D的动态再结晶微观组织模拟材料相变原理复习提纲第1章1分析固态相变的动力和阻力。相变驱动力是使系统自由焓下降的因素，相变阻力是相变导致系统自由焓升高的因素。G=G相变+G界面+G畸式中G相变一项为相变驱动力。其值是新旧相自由焓之差。相变阻力包括很多内容：如晶界能、相界面能、位错畸变能、孪晶界面能、层错能、表面能、相变潜热等。综合为界面能和畸变能。2讨论固态相变新相形状的影响因素。新相的形状决定于长大速率的方向性，它受晶面的界面张力、表
2、面或界面杂质吸附、温度和浓度梯度等影响。如生铁中石墨沿基面方向长大，成为片状石墨；如沿垂直于基面方向长大，则成为扇形石墨的复合体，即球状石墨。3比较扩散型相变和非扩散型相变的特点。第2章1.以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程1奥氏体晶核的形成：奥氏体晶核易于在铁素体与渗碳体相界面形成2奥氏体的长大：奥氏体中的碳含量是不均匀的，与铁素体相接处碳含量较低，与渗碳体相接处碳含量较高，引起碳的扩散，破坏了原先碳浓度的平衡，为了恢复碳浓度的平衡，促使铁素体向奥氏体转变以及fe3c的溶解，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。3残余渗碳体的溶解：铁素体比奥氏体先消失，因此还残留未溶解的渗碳体，随时间的延长不断融
3、入奥氏体，直至全部消失。4奥氏体均匀化：残余渗碳体全部溶解时，奥氏体中的碳浓度依然是不均匀的，继续延长保温时间，通过碳的扩散，可使奥氏体碳含量逐渐趋于均匀。渗碳体残余的原因：相界面向铁素体中的推移速度比向渗碳体中推移速度快倍，但是铁素体片厚度仅比渗碳体片大7倍，所以铁素体先消失，还有相当数量的剩余渗碳体未完全溶解。2.奥氏体的晶粒度由几种表示方法？并讨论影响奥氏体晶粒度的影响因素。晶粒度是指晶粒大小，晶粒大小可用多种方法表示，晶粒大小与晶粒度级别的关系为：n=2N-1n为放大100倍视野中单位面积内的数。N一般为1-8，级别越高，晶粒越细。起始晶粒度；实际晶粒度；本质晶粒度。本质细晶粒钢：5-
4、8级；本质粗晶粒钢：1-4级。奥氏体起始晶粒度大小决定于奥氏体的形核率和长大速率。n=(N/G)1/2n为1mm2面积内的晶粒数。影响奥氏体晶粒长大的因素1加热温度和保温时间的影响：2加热速度的影响：3钢中碳含量的影响：4合金元素的影响：3.解释钢的组织遗传现象和断口遗传现象，分析产生原因，讨论防止方法。具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化时，在一定的加热条件下，新形成的奥氏体晶粒会继承和恢复原始粗大的奥氏体晶粒。这种粗大奥氏体晶粒的遗传性，称为钢的组织遗传现象。具有粗大晶粒的原始奥氏体冷却得到的非平衡组织加热奥氏体化时，以中等加热速度加热到Ac3以上时，新形成的奥氏体晶粒
5、会得到细化，不发生组织遗传，但这种细晶组织却出现了粗晶断口，这种现象称为断口遗传现象。产生原因：组织遗传：合金钢以非平衡组织加热时，采用慢速加热和快速加热均容易出现组织遗传断口遗传：1.原始粗大奥氏体晶界上有MnS沉淀粒子，使晶界强度下降。2.原奥氏体晶粒内的细小奥氏体晶粒空间取向一致，形成晶内织构，相当于粗大晶粒。3.原始奥氏体晶界富集C和Cr元素，形成碳化铬沿晶界析出，导致晶界结合力下降，引起粗大奥氏体晶界断裂。防止方法：组织遗传：采用中等速度加热奥氏体化才有可能不出现组织遗传第3章1.珠光体片层间距的控制方法、原理和意义珠光体的片层间距用S0表示，它是用来衡量珠光体组织粗细的一个重要指标
6、。珠光体的片层间距主要取决于珠光体形成时的过冷度，而与奥氏体晶粒度无关。过冷度越大，珠光体形成温度越低，珠光体片层间距越小，存在如下经验关系：S0=(/?T)103(nm)式中过冷度?T的单位为K。2.珠光体转变动力学特点和影响因素一、珠光体的形核率和长大速率珠光体的形核率和长大速率与形成温度的关系：随转变温度降低，奥氏体与珠光体的自由能差增大，转变动力增大，形核率增大。随转变温度降低，原子活动能力减弱，形核率减小。随转变温度降低，原子扩散速度减慢，晶核长大速度降低。随转变温度降低，奥氏体中碳浓度增大，碳扩散速度提高，晶核长大速度提高。珠光体的形核率和长大速度与转变温度的关系曲线均具有极大值。
7、珠光体的形核率和长大速率与转变时间的关系：随转变时间的增加，珠光体的形核率增大，晶核长大速度变化不大。二、珠光体转变动力学图珠光体转变有孕育期。随转变温度降低，孕育期减小，某一温度孕育期最短，温度再降低，孕育期又增加。随转变时间增加，转变速度提高，当转变量超过50%时，转变速度又逐渐降低，直至转变完成。三、影响珠光体转变动力学的因素1.碳含量的影响：对于亚共析钢，随碳含量增加，先共析铁素体析出速度降低，珠光体的转变速度也降低。对于过共析钢，随碳含量增加，先共析渗碳体析出速度增大，珠光体转变速度提高。2.奥氏体成分均匀性和碳化物溶解情况的的影响：奥氏体成分不均匀和有未溶碳化物时，先共析相和珠光体
8、的形成速度提高。3.奥氏体晶粒度的影响：奥氏体晶粒细小，先共析相和珠光体的形成速度提高。4.奥氏体化温度和时间的影响：奥氏体化温度提高或保温时间延长，碳化物进一步溶解，奥氏体更加均匀，晶粒进一步长大，珠光体转变推迟。5.应力和塑性变形的影响：对奥氏体进行拉应力或塑性变形，珠光体转变速度加快。3.亚共析钢中相间沉淀的产生条件、强化机理和影响因素。一、相间沉淀条件合金中有一定的碳和强碳化物形成元素，一般为低碳低合金钢。合适的奥氏体化温度，使合金中的碳化物和氮化物充分溶解。连续冷却转变时，冷却深度要适中。冷速太慢，则特殊碳化物容易聚集长大，钢的性能下降；冷速过快，则细小特殊碳化物来不及形成，发生其它
9、转变。等温转变时，转变温度较高或者较低都使相间析出深度减慢，具有C曲线动力学特征，符合扩散型相变的形核长大规律。二、相间沉淀机理亚共析钢奥氏体冷却到A1以下某一温度时，首先在奥氏体晶界上形成铁素体，并向奥氏体中长大，使铁素体附近的奥氏体碳浓度提高，铁素体长大受阻。如在铁素体奥氏体界面形成碳化物，则可降低界面奥氏体碳浓度，使铁素体继续长大。由于合金元素扩散速度较低，钢中碳含量较低，形成的合金碳化物尺寸很小。相间沉淀的碳化物与铁素体具有一定的晶体学位向关系。由于碳化物是在相变过程中的相界面处形成，空间呈层状分布。三、影响因素相间沉淀组织中，分布粒状碳化物的平面之间的距离随等温转变温度降低或冷却速度
10、的增大而减小，同时碳化物颗粒细化。合金元素越多，碳化物颗粒越细，面间距越小。碳含量越高，碳化物素量越多，面间距越小。第4章1试述马氏体的晶体结构及其产生原因晶体结构：马氏体是由fe元素和c元素组成的单向结构，其中fe原子构成了体心立方，c原子分布在八面体间隙中。产生原因：c原子在马氏体点阵中可能位置为由fe原子组成的扁八面体空隙中，c原子有效半径扁八面体孔隙在短轴方向上的半径，故在平衡状态下，C的溶解度极小，然而一般钢中马氏体碳含量远远超过这个数值，引起点阵畸变，C溶入点阵扁八面体空隙后，力图使其变为正八面体，结果使短轴伸长，另外两个方向收缩，从而使体心立方转向体心正方点阵。2简述马氏体异常正
11、方度的产生原因。正方度=c/a异常低正方度产生原因：正方度是由c原子在同一个亚点阵间隙中分布而造成的，所以在快冷的情况下，本来分布均匀的c原子要跑到同一亚点阵中需要运动时间，所以钢新生成时，c原子还没有运动分布到同一亚点阵中就开始测量，因而出现异常正方度。偏高：钢形成时，若全部跑到同一亚点阵中，结果就偏高，但是，计算发现即使全部c原子占据第三亚点阵，马氏体正方度也不能达到实验中测量的，因此，异常高正方度还与合金元素的有序分布有关。3试述马氏体转变的主要特点。1切变共格和表面浮凸现象，马氏体形成以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，切变共格界面，且新相与母相之间永远共格
12、相变区和未相变区表面上的浮凸现象2马氏体转变的无扩散性，原子不发生扩散，只发生整体运动，每个原子的相邻关系和环境不变。成分不发生变化转变温度低，转变速度高，低温下扩散速度极小转变不能以扩散方式进行。3具有一定的位向关系和惯习面(1)马氏体转变新相母相之间存在一定的位相关系。KS关系，西山关系，GT关系。马氏体是在母相的一定晶面上开始形成的。随马氏体形成温度下降惯习面有向高指数变化的趋势。4马氏体转变是在一个温度范围内形成的。5马氏体转变具有可逆性，一般将马氏体直接向奥氏体转变称为逆转变，但是逆转变很难，形状记忆功能是存在于有可逆性的马氏体中，马氏体相变区别于其他相变的最基本特点相变无扩散型4试
13、述钢中板条状马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构并说明它们的性能差异。形貌特征：板条：惯习面为r。板条体常自奥氏体晶界向晶内平行排列成群，一个奥氏体晶粒内包含几个板条群，板条体之间为小晶界，板条群之间为大晶界。片状：凸透镜片状中间较厚，初生者较厚较长，横贯奥氏体晶粒，次生者尺寸较小。在初生片与奥氏体晶界之间，片间交角较大，互相撞击，形成显微裂纹。亚结构：板条状：位错网络，位错密度随c含量升高而增大，有时亦可见到少量细小孪晶。片状：细小孪晶以中脊为中心组成相变孪晶区，随ms点阵低，相变孪晶区增大，片的边缘部分为复杂的位错组列，孪晶面为a，孪晶方向为111a。性能差异：屈服强度相同的条件下，位错形
14、马氏体比孪晶形的韧性好得多。板条状马氏体有相当高的强度，片状马氏体有高的强度。5Ms点的定义和物理意义。定义为奥氏体和马氏体的两项自由能之差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。物理意义为马氏体的切变阻力大，需要足够大的驱动力才能使相变发生，随着温度下降，马氏体驱动力上升，当T下降到可以克服相变阻力的时候，马氏体可以发生转变，此时对应的温度就是ms点6试述影响Ms点的主要因素。1化学成分：c含量上升，ms点下降，合金元素：取代了fe的位置，使完美的形态受到破坏，使ms点下降，但是al与co使ms上升。2形变与应力：形变量越大，转变的m越多，形变温度越低形成的m量也越多。拉应力或单向压应力使ms上
15、升，多向压缩应力使ms下降。3奥氏体化条件对ms点的影响：加热温度和时间的增加会使ms点下降。但是，加热温度继续上升，抑制了形核，使阻力变小了，ms上升。另一角度，所有影响a晶核完美的条件都会阻碍m的形成。相场法模拟枝晶三维生长的可行性研究1凝固过程微观组织模拟的研究意义和背景铸件力学性能的优劣和使用寿命取决于铸件在凝固过程中所形成的微观组织，因此，有效的控制铸件成型过程中微观组织的形成具有非常现实和重要的意义。研究发现，影响金属材料力学性能的决定因素不仅取决于晶粒的大小，更主要取决于晶粒内枝晶的细化程度、疏松、夹杂以及显微偏析的分布。所以，掌握和控制凝固过程的组织生长是获得理想产品的关键。以往对于铸件成型过程的研究多是采用实验的方法，即对在特定工艺条件下得到的凝固组织进行分析得到其组织形成的规律性，这种方法虽然具有直观性和可
