金属固态相变的基本规律

1、金属固态相变的基本规律金属固态相变的基本规律主讲：主讲：许云波许云波研究生课程：金属成型过程的组织性能控制研究生课程：金属成型过程的组织性能控制金属固态相变的分类金属固态相变的分类l相变按平衡状态分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；l按原子迁移特征分类按原子迁移特征分类：扩散型；无扩散型；l按热力学分类按热力学分类：一级相变；二级相变 平衡转变l纯金属的同素异构转变l多形性转变l共析转变l包析转变l平衡脱溶l调幅分解l有序化转变非平衡转变l 伪共析转变l 马氏体相变l 贝氏体相变l 不平衡脱溶沉淀l 块状转变扩散型相变l界面控制扩散型相变l体扩散控制扩散型相变无扩散型相变l马氏体相变

2、按热力学分类相变驱动力相变阻力界面能相变阻力界面能相变阻力界面能均匀形核几点结论非均匀形核l晶界形核：A 界面形核；B 晶棱形核；C界隅形核l位错形核新相的长大规律l 成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长大成分改变的非协同型转变长大成分改变的非协同型转变长大应用举例钢中奥氏体晶粒长大相变动力学l形核率lJohnson-Mehl方程lAvrami方程l动力学曲线和等温转变图2 钢中奥氏体l奥氏体组织、晶胞、晶格参数奥氏体形成机理l驱动力，加热和冷却时的临界点奥氏体晶核形核地点奥氏体晶核的长大l奥氏体晶核在珠光体中的长大奥氏体等温形成动力学l共析碳素钢奥氏体等温形成动力学亚共析钢的等温T

3、TA曲线连续加热的TTA奥氏体形核率和长大速度影响奥氏体形成速度的因素l加热温度的影响l钢中碳含量和原始组织的影响l合金元素的影响连续加热时奥氏体的形成特征奥氏体晶粒长大机理硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧影响奥氏体晶粒长大的因素l加热温度和保温时间的影响l化学成分的影响针状奥氏体的形成球形奥氏体的形成影响非平衡组织加热转变因素粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止3 珠光体共析分解l组织形态各类珠光体的电镜照片珠光体分解机理珠光体晶核形成长大珠光体端向长大钢中粒状珠光体形成l特定条件过冷奥氏体的分解l片状珠光体的低温退火l高温回火共析碳素钢的TTT图退火用TTT图连续冷却转变动力学影响共析分解的内在机制l奥

4、氏体固溶量的影响l奥氏体状态的影响l合金元素的影响 1. 对珠光体长大速度的影响； 2. 对珠光体分解时碳化物长大的影响；l系统整合的作用合金元素的影响马氏体相变l马氏体相变的基本特征：切变共格和表面浮凸现象；无扩散性；位向关系和惯习面；亚结构马氏体相变的判据和定义l 不变平面应变的晶格改组；l 无需扩散；l 相变伴生极高密度的晶体缺陷：孪晶、位错、位错、层错等亚结构定义：原子经无需扩散切变位移的不变平面应变的晶格改组过程，得到具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错、层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组织。马氏体相变的分类l按相变驱动力分类；l按马氏体相变动力学特征分类；l变温马氏

5、体相变l等温马氏体相变l热弹性马氏体相变马氏体相变热力学钢的马氏体点Ms马氏体的组织形态及物理本质l马氏体的物理本质l低碳体心立方马氏体（小于0.2%C）组织形态图5.8是试验钢在900变形60淬火得到的两种马氏体的形貌。从图中可以看出，试验钢在淬火条件下的马氏体有板条马氏体和回火马氏体。其中的回火马氏体是由于实验钢的碳含量低，Ms点比较高，因而在淬火过程中会有自回火现象的发生，析出碳化物。碳化物非常细小，呈片状，主要沿马氏体111M面上析出，尺寸在几十个纳米左右。由于碳化物的惯习面是111M，因此在同一个视域内能看到两个或者三个方向的碳化物。AB 图5.8 试验钢在淬火条件下的马氏体组织 A

6、）板条马氏体 B）回火马氏体B马氏体的组织形态l 体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）马氏体的组织形态l 组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状Fe-M系合金马氏体lFe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体Fe-M合金马氏体lFe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体贝氏体转变l贝氏体相变理论研究进展和学术论争l贝氏体相变的基本特征的共识l贝氏体的定义：钢中过冷奥氏体的中温转变产物，它以贝氏体铁素体为基体，同时可能存在-渗碳体或-碳化物、残留奥氏体等相构成的整合组织。贝氏体铁素体的形貌多呈条片状，内部有规则排列的亚单元和高密度位错。l切变-扩散整合机制上贝氏体形貌无碳贝氏体上贝氏体形貌粒状贝氏体上

7、贝氏体形貌经典上贝氏体下贝氏体形貌经典下贝氏体工业用钢中的贝氏体组织贝氏体组织中的精细亚结构粒状组织和魏氏组织贝氏体相变动力学 贝氏体转变TTT图与珠光体的比较贝氏体相变的过渡性l中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节l上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别下贝氏体与马氏体的联系与区别不同冷速下光学显微组织变形40%，冷却速度：A) 0.1/s B) 0.2/s C) 0.5/s D) 1/s E) 5/sF) 10/s G) 20/sABCDEF G不同冷速下光学显微组织无变形，冷却速度：H) 0.1/s I) 0.2/s J) 0.5/s K) 1/s L) 5/s M) 10/s N) 20

8、/s IJKMN LH马氏体的回火转变l回火的原因：I,II,IIIl回火的概念：l回火转变：马氏体分解；残留奥氏体的转变；碳化物的析出、转化、聚集长大；相的回复、再结晶；内应力消除等l马氏体的回火产物及其概念碳原子的偏聚l弘津气团：l柯垂尔气团：位错线上碳原子偏聚。-Fe3C的过渡相合金马氏体的回火lFe-M-C马氏体脱溶时的平衡相Fe-M-C马氏体脱溶贯序l平衡相为-Fe3C的Fe-M-C马氏体脱溶；l平衡相为复杂合金碳化物的脱溶； （1）常见的以W、Mo为主要合金元素的马氏体以M6C和M6C M23C6为平衡相 （2）以M7C3、M23C6为平衡相的Fe-Cr-Cl平衡相为MC的Fe-M-C马氏体脱溶lFe-M-C马氏体脱溶的时间贯序相的物理状态变化l亚结构的变化： （1）回复、再结晶； （2）内应力的消除 A 第一类内应力：存在于钢件整体范围内，各个部位之间的