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1、 合金钢中由于合金钢中由于MeMe间以及间以及MeMe与与FeFe之间产生之间产生相互作用，可能形成各种金属间化合物，保相互作用，可能形成各种金属间化合物，保持金属的特点。持金属的特点。 合金钢中比较重要的金属间化合物有：合金钢中比较重要的金属间化合物有： 相（相（ABAB） 拉维斯相（拉维斯相（ABAB2 2） 有序相（有序相（ABAB3 3） 1.2.4 1.2.4 钢中的金属间化合物钢中的金属间化合物高高CrCr不锈钢、铬镍及铬锰奥氏体不锈钢、高合不锈钢、铬镍及铬锰奥氏体不锈钢、高合金耐热钢及耐热合金金耐热钢及耐热合金中，会出现中，会出现相。相。一、一、相相伴随着伴随着相的析出，钢和合金
2、的塑韧性显著下相的析出，钢和合金的塑韧性显著下降，脆性增加。降，脆性增加。周期表中第一长周期的第七族和第八族过渡族周期表中第一长周期的第七族和第八族过渡族金属与周期表中第五族和第六族能形成金属与周期表中第五族和第六族能形成相。相。如：如：Cr-Mn、Cr-Fe、Cr-Co、Mo-Mn等。等。第二长周期的第八族与第五族和第六族也能形第二长周期的第八族与第五族和第六族也能形成成相。相。AB2相是尺寸因素起主导作用的化合物，两组相是尺寸因素起主导作用的化合物，两组元原子直径之比为元原子直径之比为dA:dB=1.2:1.二、AB2相相( (拉维斯相）拉维斯相）在含在含W、Mo、Nb和和Ti的复杂成分耐
3、热钢和耐热的复杂成分耐热钢和耐热合金中存在。是现代耐热钢和耐热合金中的强合金中存在。是现代耐热钢和耐热合金中的强化相。化相。如如(W,Mo,Nb)(Fe,Ni,Mn,Cr)2Ni3Al、Ni3Ti、Fe3Al、Ni3Fe三、三、AB3相（有序相）相（有序相）各组元之间不能形成稳定的化合物，处于无序各组元之间不能形成稳定的化合物，处于无序固溶体到化合物的过渡状态。固溶体到化合物的过渡状态。有序无序转变温度较低，超过了就形成无序固有序无序转变温度较低，超过了就形成无序固溶体，如溶体，如Ni3Fe,Ni3Mn等；等；有序状态可保持高熔点，更接近金属间化合物，有序状态可保持高熔点，更接近金属间化合物，
4、如如Ni3Al,Ni3Ti,Ni3Nb。Ni3Al是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中是典型的复杂成分的耐热钢和耐热合金中的强化相。的强化相。1.2.5 1.2.5 铁碳相图及合金元素的影响铁碳相图及合金元素的影响一、一、Fe-C相图相图铁碳合金相图实际上是铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图相图,铁碳合金铁碳合金的基本组元是纯铁和的基本组元是纯铁和Fe3C.1 1、铁碳合金中的基本相、铁碳合金中的基本相 FeFe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于相图上的固溶体都是间隙固溶体。由于-Fe和和-Fe晶格中的孔隙特点不同，两者的溶碳晶格中的孔隙特点不同，两者的溶碳能力也不同。能力也不同。C
5、C原子溶入原子溶入-Fe-Fe中形成的间隙固溶体，中形成的间隙固溶体，fccfcc。C C在在-Fe-Fe中的溶解度较大，最大可达中的溶解度较大，最大可达2.11%(1148)2.11%(1148)。温度。温度，C C在在-Fe-Fe中的固溶中的固溶度度，在，在727727时是时是0.77%0.77%。硬度较低，约为。硬度较低，约为HB170-220HB170-220，塑性好。，塑性好。 奥氏体（奥氏体（或或A A）碳在碳在-Fe-Fe中的固溶体，中的固溶体，bccbcc。碳在。碳在-Fe-Fe中中溶解度极小，最多只有溶解度极小，最多只有0.0218%(727)0.0218%(727)，在室在
6、室温时固溶度几乎降为零。温时固溶度几乎降为零。其性能和纯铁基本相其性能和纯铁基本相同，强度极限只有同，强度极限只有250MPa250MPa，硬度只有，硬度只有80HBS80HBS，但，但塑性塑性( (延伸率延伸率=50%)=50%)和冲击韧性好。和冲击韧性好。 铁素体（铁素体（或或F F）铁和碳的化合物铁和碳的化合物，其碳含量为，其碳含量为6.69%6.69%。复复杂八面体结构。杂八面体结构。渗碳体渗碳体( (Cementite,Fe3C）渗碳体的硬度很高，渗碳体的硬度很高，HV800HV800，极脆，塑韧性几，极脆，塑韧性几乎是零，强度乎是零，强度Rm=30MPaRm=30MPa左左右。可呈
7、片状、粒状、网右。可呈片状、粒状、网状和板状形态存在。状和板状形态存在。F和和Fe3C的的机机械械混混合合物物，其其含含碳碳量量为为0.77%0.77%，性性能能介介于于F和和Fe3C之之间间，缓缓冷冷时时硬硬度约为度约为180200HBS。 珠光体珠光体（Pearite,P）含含碳碳量量为为4.3%的的液液态态合合金金冷冷却却到到1148时时，同同时时结结晶晶出出A和和Fe3C的的共共晶晶体体，该该共共晶晶体体称称为为高高温温莱莱氏氏体体，用用“Ld”表表示示。而而在在727以以下下由由P和和Fe3C所所组组成成的的莱莱氏氏体体称称为为低低温温莱莱氏氏体体，用用“Ld”表表示示。莱莱氏氏体体
8、硬硬而而脆脆，是是白白口口铸铸铁铁的基本组织。的基本组织。莱氏体莱氏体( (Ledeburite,Ld)2 2、Fe-Fe3C相图分析相图分析 相图中的特性点相图中的特性点（1414个）个）N(0,1394):d-d-Feg gFeG(0,912):g gFea -a -Fe组元的熔点组元的熔点A(0,1538)A(0,1538)：铁的熔点：铁的熔点D(6.69,1227)D(6.69,1227)：FeFe3 3C C的熔点的熔点同素异构转变点同素异构转变点C C在铁中最大溶解度点在铁中最大溶解度点P(0.0218P(0.0218，727)727)：C C在在a a - -FeFe中的最大溶解
9、度中的最大溶解度ADNGPQ(0.0008,RT)Q(0.0008,RT)：室温下：室温下C C在在a a - -FeFe中的溶解度中的溶解度E(2.11,1148)E(2.11,1148)：C C在在 g g - -FeFe中的最大溶解度中的最大溶解度H(0.09,1495)H(0.09,1495)：C C在在 d d- -FeFe中的最大溶解度中的最大溶解度J(J(包晶点包晶点) )：(d dg gL) )三相共存点三相共存点S(S(共析点共析点) )：(g ga aFe3C)C(C(共晶点共晶点) )：(g gLFe3C)EHQSCJ F(6.69,1148)F(6.69,1148)：渗
10、碳体：渗碳体 K(6.69,727)K(6.69,727)：渗碳体：渗碳体其它点其它点 B(0.53,1495)B(0.53,1495)：发生包：发生包晶反应时液相的成分晶反应时液相的成分KBF固相线固相线()：结晶时固相的成分，其下结晶时固相的成分，其下为固相。为固相。HJB包晶转变包晶转变ECF共晶转变共晶转变PSK(A1线线)共析转变共析转变相图中的线相图中的线液相线液相线( () ): :结晶时结晶时液相的成分，在其上体系为液相的成分，在其上体系为液相液相表示恒温转变的线：表示恒温转变的线：A1线线PQPQC C在在F F中的最大溶解中的最大溶解度随温度的变化线度随温度的变化线固溶度线
11、：固溶度线：ES(AES(Acmcm线线) )C C在在A A中的最中的最大溶解度随温度的变化线；大溶解度随温度的变化线；同素异构转变线：同素异构转变线：GS(AGS(A3 3线线) )表示含表示含C C0.77%0.77%的钢加热时，的钢加热时，F F转变为转变为A A的终的终了温度。了温度。 Acm线线L+L+d d L+FeL+Fe3 3C CL+L+g g+ g + g g + a g + g + a g + FeFe3 3C Ca +a +FeFe3 3C C相图中的相区相图中的相区单相区（单相区（4 4个个1 1个）个）L、a a、g g、d d （ Fe3C）两相区（两相区（7
12、7个）个）由液相直接结晶出单一固相由液相直接结晶出单一固相的转变，属于非恒温转变。的转变，属于非恒温转变。匀晶转变匀晶转变Lg g : : 由液相中直接结晶由液相中直接结晶出出g g相。含碳量相。含碳量：0.530.53 4.3%4.3%LFe3C : : 由液相中直接结由液相中直接结晶出晶出FeFe3 3C C相。含碳量相。含碳量：4.34.36.69%6.69%Ld : d : 由液相中直接结晶出由液相中直接结晶出d d相。含碳量相。含碳量：0 00.53%0.53%Fe-Fe3C相图中的转变相图中的转变同素异构转变同素异构转变 d ( d (b.c.c) g( g(f.c.c)NH(NH
13、(开始线开始线) )NJ(NJ(结束线结束线) )g (g (f.c.c) a ( a (b.c.c)GS(GS(开始线开始线) )GP(GP(结束线结束线) )从一个固相中析出另一个从一个固相中析出另一个固相的转变。固相的转变。温度降低，温度降低，C C在在FeFe中的溶中的溶解度降低，合金的含解度降低，合金的含C C量量超过溶解度，多余的超过溶解度，多余的C C以以FeFe3 3C C析出。析出。析出转变析出转变g gFe3CII析出析出a aFe3CIII析出析出包晶转变包晶转变HJBHJB线线 恒温转变恒温转变dH0.09LB0.53gJ0.17+1495C含义：由一定成分的液相含义：
14、由一定成分的液相和一定成分的固相生成另和一定成分的固相生成另一个一定成分新固相的反一个一定成分新固相的反应应BHJ共晶转变共晶转变gE2.11Lc4.3Fe3C6.69+1148C含义：由一定成分的液相含义：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个在恒温下同时转变成两个一定成分的固相的转变。一定成分的固相的转变。FEC共析转变共析转变 aP0.0218gs0.77Fe3C6.69+727C含义：在恒温下由一个固含义：在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两定成分的固相同时生成两个固定成分的新固相的转个固定成分的新固相的转变。变。产物：产物：P P。KPS3、典型铁碳合金结晶过程分析典型铁碳合金结晶
15、过程分析方法和步骤方法和步骤在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成分线；作成分线；在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用用1 1、2 2、3 3、4 4等）等）根据每条线表示的转变，写出每两个点之间或根据每条线表示的转变，写出每两个点之间或者重要点上发生的转变；由液相分析至室温。者重要点上发生的转变；由液相分析至室温。室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具有那个相。组织组成物则取决于冷却过程中发有那个相。组织组成物则取决于冷却过程中发生的转变。生的转变。F+Fe3
16、CLAL+APABGS共析钢共析钢室温平衡组织为室温平衡组织为P。在光学显微镜下在光学显微镜下P的形貌是的形貌是Fe3C与与F交替排列的交替排列的层片状组织。若放大倍数不够，则层片不能看清。层片状组织。若放大倍数不够，则层片不能看清。亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢室温时的平衡组织：室温时的平衡组织：F+PF+P。 4545钢的显微组织钢的显微组织 过共析钢过共析钢室温时的平衡组织：室温时的平衡组织：P+Fe3C。Fe3C保留在保留在P周围，形成网状组织，这种网状组周围，形成网状组织，这种网状组织使钢的力学性能明显织使钢的力学性能明显 ，属有害组织，必须消除。，属有害组织，必须消除。共晶白口铁
17、共晶白口铁室温时的组织：室温时的组织：Ld亚共晶白口铁亚共晶白口铁室温时的平衡组织：室温时的平衡组织：P+Fe3C+Ld过共晶白口铁过共晶白口铁室温时的平衡组织：室温时的平衡组织：Ld+Fe3C。4 4、C C对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响铁碳合金按碳的质量分数和平衡组织的分类铁碳合金按碳的质量分数和平衡组织的分类白口白口铸铁铸铁工业工业纯铁纯铁Wc0.0218%组织：组织：F+少量少量Fe3CIII钢钢亚共析钢亚共析钢(Wc0.77%)组织：组织：F+P组织：组织：P+Fe3CII组织：组织：P亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁(Wc2.11%)PFe3CII
18、Ld共晶白口铸铁共晶白口铸铁(Wc4.3%)组织：组织：Ld过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁(Wc4.3%)组织：组织：Fe3CILd碳对合金平衡组织的影响碳对合金平衡组织的影响(Fe(Fe3 3C C的形态的形态) )F+Fe3CIIIFe3C位于晶界，细小的薄片位于晶界，细小的薄片F+PFe3C呈层片状与呈层片状与F片混合片混合(相间相间)PFe3CIIPFe3C呈层片状与呈层片状与F片混合片混合(相间相间)Fe3C呈层片状与呈层片状与F片混合片混合(相间相间)还有一部还有一部分分Fe3C沿晶界分布呈连续网状沿晶界分布呈连续网状PFe3CIILdFe3C呈层片状与呈层片状与F片混合片混合(相间
19、相间)Fe3C作为莱氏体的基体作为莱氏体的基体LdFe3C作为莱氏体的基体作为莱氏体的基体Ld+Fe3CIFe3C为粗大长片状为粗大长片状Fe3C作为莱氏体的基体作为莱氏体的基体含含碳碳量量逐逐渐渐增增加加含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响(1)含碳量含碳量 ，硬度，硬度 (2)含碳量含碳量 ，塑韧性，塑韧性 (3)含碳量含碳量 ，强度先，强度先 后后 （0.9%最高）最高）F:软而韧软而韧Fe3C:硬而脆硬而脆5 5、铁碳相图的应用、铁碳相图的应用 主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订主要应用在钢铁材料的选用和加工工艺的制订两个方面。两个方面。在钢铁材料选用方面的应用在钢铁材料
20、选用方面的应用Fe-Fe3C相图所表明的某些成分相图所表明的某些成分组织组织性能的性能的规律，为钢铁材料的选用提供了根据。规律，为钢铁材料的选用提供了根据。建筑结构和各种型钢建筑结构和各种型钢:需用塑性、韧性好的材料，需用塑性、韧性好的材料，选用碳含量较低的钢材。选用碳含量较低的钢材。各种机械零件各种机械零件:需要强度、塑性及韧性都较好需要强度、塑性及韧性都较好的材料，选用碳含量适中的中碳钢。的材料，选用碳含量适中的中碳钢。各种工具各种工具:要用强度高和耐磨性好的材料，则选要用强度高和耐磨性好的材料，则选用碳含量高的钢种。用碳含量高的钢种。纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但由于其导纯铁的强度低
21、，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做磁率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等。电磁铁的铁芯等。白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适应于能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适应于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，例如拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球拔丝模、冷轧辊、货车轮、犁铧、球磨机的磨球等。等。在铸造工艺方面的应用在铸造工艺方面的应用根据根据Fe-FeFe-Fe3 3C C相图可以确定合金的浇注温度，浇
22、相图可以确定合金的浇注温度，浇注温度一般在液相线以上注温度一般在液相线以上5050100100。 共晶白口铸造性能最好。它们的凝固温度区间最共晶白口铸造性能最好。它们的凝固温度区间最小，流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸小，流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳含量规定在在铸钢生产中，碳含量规定在0.15%0.15%0.6%0.6%之间，之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。能较好。 在热锻、热轧工艺方面的应用在热锻、热轧工艺方面的
23、应用钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。一般始锻、始轧温度控制在固相线以下一般始锻、始轧温度控制在固相线以下100200范围内。范围内。温度高时，钢的变形抗力小，节约能源，设备要温度高时，钢的变形抗力小，节约能源，设备要求的吨位低，但温度不能过高，防止钢材严重烧求的吨位低，但温度不能过高，防止钢材严重烧损或发生晶界熔化（过烧）。损或发生晶界熔化（过烧）。终锻、终轧温度不能过低，以免钢材因塑性差而终锻、终轧温度不能过低，以免钢材因塑性差而发生锻裂或轧裂。发生锻裂或轧裂。亚共析钢热加
24、工终止温度多控制在亚共析钢热加工终止温度多控制在GS线以上一点，线以上一点，避免变形时出现大量铁素体，形成带状组织而使避免变形时出现大量铁素体，形成带状组织而使韧性降低。韧性降低。过共析钢变形终止温度应控制在过共析钢变形终止温度应控制在PSK线以上，以线以上，以便把呈网状析出的二次渗碳体打碎。终止温度不便把呈网状析出的二次渗碳体打碎。终止温度不能太高，否则再结晶后奥氏体晶粒粗大，使热加能太高，否则再结晶后奥氏体晶粒粗大，使热加工后的组织也粗大。工后的组织也粗大。一般始锻温度为一般始锻温度为11501250，终锻温度为，终锻温度为750850。在热处理工艺方面的应用在热处理工艺方面的应用Fe-F
25、e3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。退火、正火、淬火的加热温度都是依的意义。退火、正火、淬火的加热温度都是依据据Fe-Fe3C相图确定的。相图确定的。6 6、铁碳相图的局限、铁碳相图的局限 FeFe3C相图反映的是平衡相，而不是组织。相相图反映的是平衡相，而不是组织。相图能给出平衡条件下的相、相的成分的相对重量，图能给出平衡条件下的相、相的成分的相对重量，但不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关但不能给出相的形状、大小和空间相互配置的关系。关于不同成分的铁碳合金的组织，必须分析系。关于不同成分的铁碳合金的组织，必须分析其动力学规律和结晶过程才能有
26、具体了解。其动力学规律和结晶过程才能有具体了解。Fe-Fe3C相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态。相图只反映铁碳二元合金中相的平衡状态。实际生产中应用的钢和铸铁，除了铁和碳以外，实际生产中应用的钢和铸铁，除了铁和碳以外，往往含有或有意加入了其它元素。在被加入元素往往含有或有意加入了其它元素。在被加入元素的含量较高时，相图将发生重大变化。因此严格的含量较高时，相图将发生重大变化。因此严格地说，在这样的条件下铁碳相图已不适用。地说，在这样的条件下铁碳相图已不适用。Fe-Fe3C相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的相图反映的是平衡条件下铁碳合金中相的状态。相的平衡只有在非常缓慢的冷却和加热，状态。
27、相的平衡只有在非常缓慢的冷却和加热，或者在给定温度长期保温的情况下才能达到。就或者在给定温度长期保温的情况下才能达到。就是说，相图没有反映时间的作用。所以钢铁在实是说，相图没有反映时间的作用。所以钢铁在实际的生产和加工过程中，当冷却和加热速度较快际的生产和加工过程中，当冷却和加热速度较快时，常常不能用相图来分析问题。时，常常不能用相图来分析问题。必须指出，对于普通的钢和铸铁，在基本上不违必须指出，对于普通的钢和铸铁，在基本上不违背平衡的情况下，例如在炉子中冷却，或甚至在背平衡的情况下，例如在炉子中冷却，或甚至在空气中冷却时，铁碳相图的应用是有足够的可靠空气中冷却时，铁碳相图的应用是有足够的可靠
28、性和准确度的。而对于特殊的钢和铸铁，或在距性和准确度的。而对于特殊的钢和铸铁，或在距平衡条件较远的情况下，利用平衡条件较远的情况下，利用Fe-Fe3C相图来分析相图来分析问题是不正确的，但它仍然是考虑问题的依据。问题是不正确的，但它仍然是考虑问题的依据。二、二、Me对对Fe-C相图的影响相图的影响合金元素对合金元素对Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的影响与对纯铁的影响相图的影响与对纯铁的影响类似，但相对要复杂一些类似，但相对要复杂一些. .合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度和含碳量和含碳量,使合金钢和铸铁的热处理制度不同于使合金钢和铸铁的热
29、处理制度不同于碳钢碳钢.1 1、合金元素对、合金元素对S S、E E点的影响点的影响 铬对钢铬对钢区的影响区的影响 锰对钢锰对钢区的影响区的影响 A形成元素均使形成元素均使S、E点向点向左下方左下方移动，移动，F形成元素使形成元素使S、E点向点向左上方左上方移动。移动。Me对对S点和点和E点成分的影响点成分的影响几乎所有几乎所有Me都使都使S、E点点C% ；强；强K形成形成元素的作用最强。元素的作用最强。合金元素对共析含碳量的影响合金元素对共析含碳量的影响 大多数大多数Me均使均使ES线线左移。左移。E点左移，点左移，C%2.11%出现共晶出现共晶Ld；S点左移，点左移，C%Ac3，P中的中的
30、F非扩散转变非扩散转变 为为A，Fe3C再溶解再溶解扩散方式扩散方式TAc1一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成P P和和A A的自由能随温度的自由能随温度变化的示意图变化的示意图A核心形成时，系统总核心形成时，系统总自由自由能变化能变化 G=- -Gv+Gs+Ge 1 1、奥氏体形成的、奥氏体形成的热力学热力学条件条件Gs：形成：形成A核心时所增加的表面能核心时所增加的表面能Ge：形成：形成A核心时所增加的应变能核心时所增加的应变能 只有当只有当G0，即，即GvGs+Ge时，时，P才能自发地向才能自发地向A转变。转变。所以，所以，A的形成必须在一定的过热度下才能发生。的形成必须在一定的过热度下才
31、能发生。Gv：A与与P之间体积自由能之差。之间体积自由能之差。Gv=G-GP2 2、加热时奥氏体的形成过程、加热时奥氏体的形成过程 共析碳钢的共析碳钢的A A形成示意图形成示意图(1(1) ) 共析碳钢的加热转变共析碳钢的加热转变 第一阶段：奥氏体晶核的形成第一阶段：奥氏体晶核的形成 bcc 复杂复杂斜方晶格斜方晶格 fcc优先在优先在F F与与FeFe3 3C C的界面上形成。的界面上形成。0.0218+Fe3C6.690.77第二阶段第二阶段：奥氏体的长大奥氏体的长大 共析碳钢的共析碳钢的A A形成示意图形成示意图 此过程主要受碳原子的扩散所控制，此过程主要受碳原子的扩散所控制，Fe原子的
32、自原子的自扩散影响较小。扩散影响较小。第三阶段：残余第三阶段：残余Fe3C的溶解的溶解 共析碳钢的共析碳钢的A A形成示意图形成示意图 在在A晶核长大过程中，只需溶解一小部分晶核长大过程中，只需溶解一小部分Fe3C就能使就能使相界面处相界面处A的碳浓度趋于平衡，但必须消耗大量的的碳浓度趋于平衡，但必须消耗大量的F，相，相界面处界面处A的碳浓度才趋于平衡。的碳浓度才趋于平衡。 所以，所以，F向向A的转变比的转变比Fe3C的溶解快得多，的溶解快得多，P中中F总是总是先消失，剩余的先消失，剩余的Fe3C需在继续加热或保温过程中才能逐需在继续加热或保温过程中才能逐渐溶解。渐溶解。第四阶段：第四阶段：A
33、成分的均匀化成分的均匀化 共析碳钢的共析碳钢的A A形成示意图形成示意图 由于碳在由于碳在A中扩散均匀化的速度比中扩散均匀化的速度比Fe原子通过自扩原子通过自扩散完成晶格改组的速度慢，因此在散完成晶格改组的速度慢，因此在Fe3C完全溶解后，完全溶解后，A内碳的分布仍是不均匀的。内碳的分布仍是不均匀的。 只有继续加热或保温，使碳原子扩散均匀，只有继续加热或保温，使碳原子扩散均匀，A的成的成分才能均匀化。分才能均匀化。亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程： (2(2) ) 非共析碳钢的加热转变非共析碳钢的加热转变 若钢中含有若钢中含有C、B、P、Sn、Sb
34、、Nb、Mo或或RE，在，在A化过化过程中，会向程中，会向A/F相界偏聚，并随相界移动；当相界偏聚，并随相界移动；当F向向A转变完转变完后，溶质原子继续向后，溶质原子继续向A晶界偏聚，直到平衡偏聚浓度。晶界偏聚，直到平衡偏聚浓度。加热加热温度过高，或保温时间过长，将会促使温度过高，或保温时间过长，将会促使A晶粒粗化。晶粒粗化。A晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。性能。 P + Fe3CIIAc1A +Fe3CII AccmAF + PAc1A + F Ac3A3 3、奥氏体等温形成动力学奥氏体等温形成动力学 将一组共析碳钢
35、试样迅速加热至将一组共析碳钢试样迅速加热至AC1点以上不同温度，点以上不同温度，保温不同时间后在盐水中急冷至室温，测出每个试样中的保温不同时间后在盐水中急冷至室温，测出每个试样中的马氏体转变量（即高温加热保温时的奥氏体形成量），作马氏体转变量（即高温加热保温时的奥氏体形成量），作出各温度下奥氏体形成量与保温时间的关系曲线，即为奥出各温度下奥氏体形成量与保温时间的关系曲线，即为奥氏体等温形成动力学曲线。氏体等温形成动力学曲线。 共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线(a)和等温形成图和等温形成图示意图示意图(b)A A的形成需要等待一段时的形成需要等待一段时间间孕育期孕
36、育期加热温度愈高，孕育期加热温度愈高，孕育期愈短；愈短；整个转变过程中，整个转变过程中，A A的形的形成速度不同，形成量约为成速度不同，形成量约为5050时转变最快；时转变最快；温度愈高，温度愈高，A A形成速度愈形成速度愈快。快。共析碳钢奥氏体等温形成图共析碳钢奥氏体等温形成图剩余碳化物溶解时间长剩余碳化物溶解时间长 A成分均匀化时间最长成分均匀化时间最长连续加热时，转变在一连续加热时，转变在一个温度范围内完成。加热个温度范围内完成。加热速度越快，速度越快，A开始形成的开始形成的温度越高，完成转变的时温度越高，完成转变的时间越短间越短4 4、影响奥氏体形成速度的因素、影响奥氏体形成速度的因素
37、（）(1(1) )加热温度加热温度 T愈高，愈高，A形成速度愈快。形成速度愈快。( (2 2) )含碳量含碳量 亚共析钢：亚共析钢：C%增加，增加，K数量增多，数量增多，F与与Fe3C的相界面的相界面积增大，使积增大，使A的形核率增大，使碳的扩散距离减小，且随的形核率增大，使碳的扩散距离减小，且随A中碳含量增加，中碳含量增加，C和和Fe原子的扩散系数增大，加速原子的扩散系数增大，加速A的的形成。形成。 过共析钢：过共析钢：K数量过多，数量过多，C%增加会引起剩余增加会引起剩余K溶解和溶解和A均匀化的时间延长。均匀化的时间延长。(3(3) ) 原始组织的影响原始组织的影响 成分相同的钢，原始组织
38、中成分相同的钢，原始组织中K的分散度愈大，的分散度愈大，相界面就愈多，同时由于相界面就愈多，同时由于P的片层间距减小，的片层间距减小，A中中C的浓度梯度增大，使的浓度梯度增大，使C原子的扩散速度加快，扩散原子的扩散速度加快，扩散距离减小，距离减小，A的形成速度增大。的形成速度增大。钢的原始组织愈细小，钢的原始组织愈细小，A的形成速度就愈快。的形成速度就愈快。 与粒状与粒状P相比，由于片状相比，由于片状P的相界面较大，的相界面较大，Fe3C呈薄片状，易于溶解，加热时呈薄片状，易于溶解，加热时A容易形成。容易形成。(4(4) ) 合金元素合金元素的影响的影响 合金元素不影响合金元素不影响P向向A的
39、转变机制，影响的转变机制，影响K的稳定的稳定性及性及C在在A中的扩散，中的扩散，并且多数合金元素在并且多数合金元素在K和基和基体之间的分布不均匀。体之间的分布不均匀。 V、Mo、W、Cr等等K形成元素：降低形成元素：降低C在在A中的中的扩扩 散系数，且其特殊散系数，且其特殊K不易溶解，不易溶解，A的形成速度。的形成速度。 Co、Ni等非等非K形成元素：形成元素： C在在A中的扩散速度，中的扩散速度， A的形成速度。的形成速度。Si、Al、Mn等：对等：对C在在A中的扩散速度影响较小，中的扩散速度影响较小，故对故对A的形成速度影响不大。的形成速度影响不大。Ni、Mn、Cu等：降低等：降低A1点，
40、相对增大过热度，点，相对增大过热度，使使A的形成速度增大；的形成速度增大；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等：提高等：提高A1点，点，相对减小过热度，减慢相对减小过热度，减慢A的形成速度。的形成速度。 合金元素在原始组织中的分布：退火态，合金元素在原始组织中的分布：退火态，K形成形成元素（如元素（如Mo、W、V、Ti、Cr等）主要集中在等）主要集中在K相中，而非相中，而非K形成元素（如形成元素（如Co、Ni、Si等）主要集等）主要集中在中在F相中。合金元素的这种不均匀分布现象直至相中。合金元素的这种不均匀分布现象直至K完全溶解后还显著地保留在完全溶解后还显著地保留在A中。中。 因此，合金钢的因此，合金钢的A均匀化过程，除了均匀化过程，除了C的均匀化，的均匀化，还包括合金元素的均匀化。由于合金元素的扩散还包括合金元素的均匀化。由于合金元素的扩散系数比系数比C原子的扩散系数小约原子的扩散系数小约100010001000010000倍，同倍，同时时K形成元素还降低形成元素还降低C原子在原子在A中的扩散系数，若中的扩散系数，若形成特殊形成特殊K（如（如VC、TiC等）则更难于溶解。因等）则更难于溶解。因此合金钢的此合金钢的A均匀化过程比碳钢要长得多。均匀化过程比碳钢要长得多。
