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1、第第1 1节节 固态相变的特点固态相变的特点l l相变有其共同规律：如相变有其共同规律：如l l1 1、热力学、热力学-驱动力驱动力-能量差能量差-能量降能量降低是自发过程。低是自发过程。l l2 2、过程：形核、长大、过程：形核、长大l l固态相变有其自身规律：母相为固态固态相变有其自身规律：母相为固态-引出各种特点：外观形状确定，基本不引出各种特点：外观形状确定，基本不变；切变强度较大；扩散较难。变；切变强度较大；扩散较难。l l一、相变阻力大：一、相变阻力大：l l1 1、新生界面、新生界面-导致界面能升高导致界面能升高-驱动力降低。相变初期界面能升高驱动力降低。相变初期界面能升高占主导
2、，界面长大后，体积自由能占主导，界面长大后，体积自由能降低占主导；降低占主导；2 2、相变时体积变化、相变时体积变化：胀或缩：胀或缩-受母相约束受母相约束-即应变能即应变能-此为固态相变新增能量此为固态相变新增能量-导致驱导致驱动力降低；动力降低；3 3、扩散难、扩散难-难以均匀难以均匀化化。l l二、新相与母相界面上原子排列易二、新相与母相界面上原子排列易保持一定匹配关系：匹配越好，界保持一定匹配关系：匹配越好，界面能增量越少。面能增量越少。l l三、新相晶核与母相间存在一定的三、新相晶核与母相间存在一定的晶体学位向关系晶体学位向关系l l四、新相常在母相一定的晶面上形四、新相常在母相一定的
3、晶面上形成：惯习面、惯习晶向成：惯习面、惯习晶向-惯习现象惯习现象l l五、母相晶体缺陷对相变起促进作用：五、母相晶体缺陷对相变起促进作用：位错、空位、晶界、亚晶界、孪晶位错、空位、晶界、亚晶界、孪晶-等等处自由能高，不稳定，相变驱动力较大处自由能高，不稳定，相变驱动力较大。l l六、易出现过渡相：亚（介）稳定相。六、易出现过渡相：亚（介）稳定相。原因：固态相变阻力大，扩散难原因：固态相变阻力大，扩散难-在母在母相和新相间起协调、妥协的作用（结果相和新相间起协调、妥协的作用（结果）。不是非此即彼。社会、人类相似。）。不是非此即彼。社会、人类相似。l l母相母相-较不稳定相（接近母相）较不稳定相
4、（接近母相）-较稳较稳定相（接近新相）定相（接近新相）-稳定新相稳定新相第第2 2节节 固态相变的基本类型固态相变的基本类型l l分类方法很多，分类方法很多，P174P174之表之表9-19-1（解析之）（解析之）l l1 1、扩散型相变：形核、长大、扩散型相变：形核、长大-依靠原子长依靠原子长距离扩散完成距离扩散完成-即相界面的扩散、移动来即相界面的扩散、移动来完成：扩散是控制因素。完成：扩散是控制因素。l l相界面：非共格，无严格的晶体学对应关相界面：非共格，无严格的晶体学对应关系系l l例：钢的共析相变例：钢的共析相变l l2 2、半扩散相变：介于前二者之间、半扩散相变：介于前二者之间的
5、过渡型相变。的过渡型相变。l l例：钢的贝氏体转变：例：钢的贝氏体转变：A-A-B(B=F+Fe3C)B(B=F+Fe3C)l l即：即：A-FA-F为切变，非扩散型，为切变，非扩散型，C C的的析出析出(C-Fe3C)(C-Fe3C)为扩散型相变为扩散型相变l l3 3、非扩散相变：新相的生成不是靠扩、非扩散相变：新相的生成不是靠扩散，而是以类似塑性变形过程中的滑散，而是以类似塑性变形过程中的滑移、孪生的形式移、孪生的形式-产生切变和转动而产生切变和转动而进行的进行的-又称又称“ “切变型相变切变型相变” ”。l l相变过程中，原来的原子有规则的、相变过程中，原来的原子有规则的、协调一致地变
6、为新相，新相协调一致地变为新相，新相旧相之旧相之界面是共格的。相变前后各原子间的界面是共格的。相变前后各原子间的相邻关系不发生变化，成分也不变。相邻关系不发生变化，成分也不变。集体或整体改组集体或整体改组. .l l例：钢的淬火例：钢的淬火:A-M:A-M，又称马氏体相变，又称马氏体相变第第3 3节节 固态相变的形核与长大固态相变的形核与长大l l不讲。基本概念略提。不讲。基本概念略提。l l1 1、热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺. .l为简明表示热处理的
7、基本工艺过程，通常用温度时间坐标绘出热处理工艺曲线。 第4节 钢的固态转变（钢的热处理原理）l l热处理分类热处理分类 “四把火四把火” ”l l热处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理热处理原理。l l热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称介质等参数称热处理工艺热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780
8、淬火+220回火（板条M回+块状F） 20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变l l加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A A1 1以下加以下加热，不发生相变；另一种是热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化。组织遗传性组织遗传性 。热惯性。加热目。热惯性。加热目的：的：“ “热透热透” ”，均、细，均、细A.A.(一) 奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例说
9、明：l l(1) (1) 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在 与与FeFe3 3C C相界形核。相界形核。l l(2) (2) 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和FeFe3 3C C方向长大。方向长大。l l(3) (3) 残余残余FeFe3 3C C溶解溶解: : 铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近于奥氏结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的体，因而先消失。残余的FeFe3 3C C随保温时间延长继续溶随保温时间延长继续溶解直至消失。解直至消失。l l(4) (4) 奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：FeFe3 3C C溶解后，
10、其所在部位碳含量仍很高，通过长时间溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。保温使奥氏体成分趋于均匀。l l亚共析钢和过共析钢的奥亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相氏体化过程与共析钢基本相同同。但由于先共析。但由于先共析 或二次或二次FeFe3 3C C的存在，要获得全部的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热奥氏体组织，必须相应加热到到AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上. .( (二二) ) 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制1. 1. 晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒数、
11、评级法：）晶粒数、评级法： 通常分为8级，1级最粗，8级最细。2. 2. 奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。l随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。l在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。l加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度（粗、细）。3 3、奥氏体晶粒大小的控制、奥氏体晶粒大小的控制l加热温度和保温时间: 加热温加热温度高度高、保温时间长保温时间长, , 晶粒粗大晶粒粗大. .l加热速度: 加热速度越快加热速度越快, ,过热过热度越大度越大, ,
12、 形核率越高形核率越高, , 晶粒越细晶粒越细. .l钢的化学成分：l1）C:共析成分长大倾向最大，远离共析成分长大倾向减小。（未溶碳化物阻碍之）析出颗粒对黄铜晶界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对奥氏体晶粒的影响l2)合金元素：碳化物和氮化物形成元素。l强烈阻碍奥氏体晶粒长大元素: Ti、V、Nb、 Al 、Zrl一般阻碍奥氏体晶粒长大元素: Mo、Cr、Wl不显著阻碍奥氏体晶粒长大元素: Ni、Cu、Si（ Si 微弱促进长大）l促进奥氏体晶粒长大元素:Mn、P、N、Cl(4)钢的原始组织l l（三）加热缺陷：过热、过烧、欠热、氧（三）加热缺陷：过热、过烧、欠热、氧化、脱碳、开裂
13、。化、脱碳、开裂。l l（四）超细化处理：加热之应用（四）超细化处理：加热之应用-反复加反复加热、冷却。极细的热、冷却。极细的A A晶粒。量变到质变。极晶粒。量变到质变。极大提高性能。大提高性能。过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转变连续冷却转变两种两种。 两种冷却方式示意图1等温冷却2连续冷却二、二、 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l l过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图是是表示奥氏体急速表示奥氏体急速冷却到临界点冷却到临界点A A1 1 以下以下在各不同
14、温度下的保温在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时过程中转变量与转变时间的关系曲线间的关系曲线. .又称又称C C 曲线、曲线、S S 曲线或曲线或TTTTTT曲曲线。线。（一） 共析钢过冷A的等温转变曲线(C曲线)(Time-Temperature-Transformation diagram)lA1-Ms 间及转变开始线以左的区域为过冷奥氏体区。l转变终了线以右及Mf以下为转变产物区。l两线之间及Ms与Mf之间为转变区。时间温度A1MSMfA过冷PBMAMABAP转变开始线转变终了线奥氏体C 曲线的分析l 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。l孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.l孕育期
15、最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。l在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小.l在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。 l l C C曲线明确表示曲线明确表示了过冷奥氏体在不同了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产温度下的等温转变产物。物。2. 2. 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图l l过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCTCCT( (Continuous-Cooling-TransformationContinuous-Cooling-Transformationdiagram)diagram)曲线曲线，是通过测定不同
16、冷速下过冷奥氏体，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。的转变量获得的。1）共析钢的CCT曲线l共析钢的CCT曲线没有贝氏体转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。l当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中止，余下的奥氏体一直保持到Ms以下转变为马氏体。VkVk共析钢的CCT曲线l l图中的图中的V Vk k 为为CCTCCT曲线的曲线的临界冷却速临界冷却速度度，即获得全部马即获得全部马氏体组织时的最小氏体组织时的最小冷却速度冷却速度. .l lV Vk k 为为TTTTTT曲线的曲线的临界冷却速度临界冷却速度. . V Vk k 1.5 V 1.5 Vk k 。VkVk时间/s温度/共析钢的CCT图共析温度连续冷却转变曲线完全退火正火等温转变曲线油淬水淬M+AM+T+ASP200100l l2 2）过共析钢过共析钢CCTCCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区, , 但比共析但比共析钢钢CCTCCT曲线多一条曲线多一条AFeAFe3 3C C转变开始线。由于转变开始线。由于FeFe3 3C C的的析出析出, , 奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降, , 因而
