钢中温转变与中温转变产物课件

1、中温相变与中温组织北京科技大学材料物理与化学系杨善武中温相变与中温组织北京科技大学材料物理与化学系主要内容中温相变的热力学、动力学、晶体学与转变机制贝氏体钢的显微组织与力学性能主要内容中温相变的热力学、动力学、晶体学与转变机制热力学基础 对于除压强外不受其他外力作用的体系 dUTdS-PdV式中U为内能，T为绝对温度，S为熵，P为压强，V为体积定义自由焓 G=U+PV-TS，则有 dG VdP-SdT体系一般处于恒温恒压（dT=0，dP=0）条件下，则有 dG 0，即平衡态为G取最小值的状态定义自由能 F=U-TS，对于常压下的固、液体系，PV远小于G中的其他相，可略去，故可用F代替G，即认为

2、恒温恒压下的平衡态为F取最小值的状态热力学基础 对于除压强外不受其他外力作用的体系铁的特殊相变规律如果一种金属存在面心立方和体心立方两种原子排列方式，则一般在高温会呈现体心立方结构以增熵，低温则会呈现面心立方结构以降低内能。纯铁在结晶时呈体心立方结构，随着温度降低会转变为面心立方结构，但是继续降温至910以下，由于磁性作用，又会转变为体心立方结构。纯铁在910以上的面心立方结构，有利于对其进行热加工，在常温呈体心立方结构保证了它的强度性能。铁的特殊相变规律如果一种金属存在面心立方和体心立方两种原子排铁与碳，不是冤家不聚头恨铁不成钢，有碳才成钢。用碳还原被氧化的铁，导致碳自然溶入铁晶格中，实现了

3、最有效、廉价的强化。碳在面心立方的奥氏体中的溶解度比在体心立方的铁素体中的溶解度高两个数量级，这是一切热处理技术的基础。铁与碳，不是冤家不聚头恨铁不成钢，有碳才成钢。铁碳相图铁碳相图中温相变的基本特征中温相变，又称贝氏体相变，是过冷奥氏体在介于共析转变温度与马氏体相变温度之间发生的一种转变。该类转变需要借助于热激活，并以形核、长大的方式进行。中温转变可使样品的抛光表面产生浮凸。中温转变产物包含贝氏铁素体及与其伴生的残余奥氏体（或其相变产物）。贝氏铁素体不跨越原奥氏体晶界，存在惯析面，与原奥氏体之间存在一定的取向关系。贝氏铁素体内包含较高的位错密度，是典型的非平衡组织。目前对中温转变机制尚无统一

4、认识，有碳扩散控制的切变、自回火马氏体转变和台阶机制等不同看法并存。中温相变的基本特征中温相变，又称贝氏体相变，是过冷奥氏体在介钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件钢中温转变与中温转变产物课件贝氏体组织实用化的困难上贝氏体组织容易得到，但力学性能不佳下贝氏体组织性能优良，但只能在分级淬火与等温过程中得到在连续冷却过程中得到性能优良的贝氏体是贝氏体组织实际

5、应用的关键贝氏体组织实用化的困难上贝氏体组织容易得到，但力学性能不佳An illustration of the growth of bainite and the development of upper and lower bainite An illustration of the growth 热影响区冷裂纹敏感性 19501990年不同级别钢的发展变化情况热影响区冷裂纹敏感性 19501990年不同级别钢的如何做到既降碳，又提高强度？结构钢主要分三大类，即：铁素体珠光体钢、回火马氏体钢和贝氏体钢铁素体珠光体钢与回火马氏体钢的强度均明显依赖于碳含量贝氏体钢的强度与碳含量关系不大贝氏体铁

6、素体的碳含量与多边形铁素体的碳含量接近如何做到既降碳，又提高强度？结构钢主要分三大类，即：铁素体珠低碳情况下如何得到贝氏体增加钢中扩大奥氏体区的元素增加钢中限制碳扩散的元素添加抑制铁素体形核的元素低碳情况下如何得到贝氏体增加钢中扩大奥氏体区的元素低碳贝氏体钢中常用合金元素C、Mn、Ni、Cu：扩大奥氏体区Nb、Ti、Mo、V、Cr：碳化物形成元素，处于固溶状态时推迟转变B：偏聚于奥氏体晶界，抑制铁素体形核Si：抑制钢中渗碳体形成低碳贝氏体钢中常用合金元素C、Mn、Ni、Cu：扩大奥氏体区微合金元素交互作用对Ts的影响微合金元素B、Nb、Ti对Fs和Bs的影响钢中温转变与中温转变产物课件低碳贝氏

7、体钢中可能存在的各种组织铁素体类：多边形铁素体、准多边形铁素体、 魏氏组织铁素体、针状铁素体等珠光体类：层状珠光体、屈氏体、索氏体贝氏体类：包括上贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、板条状贝氏体（贝氏体铁素体）等，下贝氏体一般不出现马氏体类：板条状马氏体、透镜状马氏体、自回火马氏体等富碳相：残余奥氏体、渗碳体等低碳贝氏体钢中可能存在的各种组织铁素体类：多边形铁素体、准多The TTT diagram of low alloy steel (Aaustenite; PFpolygonal ferrite; Ppearlite; MFmassive ferrite; BFbainite ferri

8、te).等温转变曲线The TTT diagram of low alloy sContinuous cooling transformation curve of low alloy steel.连续冷却转变曲线Continuous cooling transformat低碳贝氏体钢中典型组织的显微特征钢中组织认定的难点 工业化大生产的钢铁产品的显微组织一般是在连续冷却过程中形成的，混合了各温度的转变产物。这些组织往往在高温形核，降温过程中长大，使得各种组织之间的分界模糊，有时呈现连续过渡的特点。低碳贝氏体钢中典型组织的显微特征钢中组织认定的难点2. 钢中组织认定的要点 转变产物的性能主要取

9、决于其形成的温度范围。通过组织观察，可以推断不同形态的转变产物按温度从高到低的生成次序。但各种转变产物形成的温度范围往往有所重叠。低碳贝氏体钢中典型组织的显微特征2. 钢中组织认定的要点低碳贝氏体钢中典型组织的显微特征准多边形铁素体准多边形铁素体10m 贝氏铁素体（板条状贝氏体）10m 贝氏铁素体（板条状贝氏体）Optical micrograph of quenched-inWidmanstatten plates魏氏组织铁素体Optical micrograph of quenchedSEM observations of (a) the incipient period of IGF n

10、ucleation on MnS inclusions and (b) grown-up AF on MnS inclusions (inversed image) (c) EDX analysis of inclusions indicated by arrows in (b).针状铁素体SEM observations of (a) the in3D reconstructed image of a group of acicular ferrite in the specimen isothermally reacted at 570 C for 1 s. The inclusion i

11、s indicated by an arrow.3D reconstructed image of a gr(a) Optical micrograph and (b) TEM observation of microstructure after 420 s at 400 C (RA and BF show retained austenite and bainitic ferrite, respectively).上贝氏体(a) Optical micrograph and (b)Scanning electron micrographs showing the microstructur

12、e of the specimens obtained from various deformation parameter (deformation temperature, deformation amount): (a) without austenite deformation; (b) 30% deformation at 780 C. BF: bainitic ferrite; MA: martensiteaustenite island.粒状贝氏体Scanning electron micrographs SEM micrograph of the bulk CMnSiAl ca

13、rbide-free bainite phase.无碳化物贝氏体SEM micrograph of the bulk CMn低碳贝氏体钢优良综合性能的起源板条型显微组织造成的实质性细化贝氏铁素体的低碳含量多种界面（板条间界面、板条束界面与原奥氏体界面）共存多种显微组织的共存高密度位错为第二相弥散析出强化提供了形核位置低碳贝氏体钢优良综合性能的起源板条型显微组织造成的实质性细化Schematic of different stages of the development of bainite transformation Schematic of different stages (a) TE

14、M image showing a group of laths with alternating black/white contrast. (b) Examples of Kikuchi patterns taken in the laths, A, B, C and D marked in (a) illustrating the alternating changes in orientation from lath to lath.(a) TEM image showing a group 优化中温组织的措施微合金化与控制轧制，目的在于通过促进形核、限制长大来细化贝氏体板条束控制冷却，目的在于得到合适的组织构成，实现最佳的软硬组织搭配热处理，进一步改善强韧匹配优化中温组织的措施微合金化与控制轧制，目的在于通过促进形核、再结晶-析出-温度-时间（RPTT）关系图析出与再结晶的相互作用 再结晶-析出-温度-时间（RPTT）关系图析出与再结晶的相互轧后加速冷却