金属固态相变的基本规律课件

金属固态相变的基本规律

主讲：许云波研究生课程：金属成型过程的组织性能控制2021/3/21金属固态相变的基本规律

主讲：许云波研究生课程：金属成型过金属固态相变的分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；按原子迁移特征分类：扩散型；无扩散型；按热力学分类：一级相变；二级相变

2021/3/22金属固态相变的分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；平衡转变纯金属的同素异构转变多形性转变共析转变包析转变平衡脱溶调幅分解有序化转变2021/3/23平衡转变纯金属的同素异构转变2021/3/23非平衡转变伪共析转变马氏体相变贝氏体相变不平衡脱溶沉淀块状转变2021/3/24非平衡转变伪共析转变2021/3/24扩散型相变界面控制扩散型相变体扩散控制扩散型相变无扩散型相变马氏体相变2021/3/25扩散型相变界面控制扩散型相变无扩散型相变2021/3/25按热力学分类2021/3/26按热力学分类2021/3/26相变驱动力2021/3/27相变驱动力2021/3/27相变阻力－界面能2021/3/28相变阻力－界面能2021/3/28相变阻力－界面能2021/3/29相变阻力－界面能2021/3/29相变阻力－界面能2021/3/210相变阻力－界面能2021/3/210均匀形核2021/3/211均匀形核2021/3/211几点结论2021/3/212几点结论2021/3/212非均匀形核晶界形核：A界面形核；B晶棱形核；C界隅形核位错形核2021/3/213非均匀形核晶界形核：A界面形核；B晶棱形核；C界隅形核2新相的长大规律成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长大2021/3/214新相的长大规律成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长成分改变的非协同型转变长大2021/3/215成分改变的非协同型转变长大2021/3/215成分改变的非协同型转变长大2021/3/216成分改变的非协同型转变长大2021/3/216应用举例－钢中奥氏体晶粒长大2021/3/217应用举例－钢中奥氏体晶粒长大2021/3/217相变动力学形核率Johnson-Mehl方程Avrami方程动力学曲线和等温转变图2021/3/218相变动力学形核率2021/3/2182021/3/2192021/3/2192021/3/2202021/3/2202021/3/2212021/3/2212021/3/2222021/3/2222021/3/2232021/3/2232021/3/2242021/3/2242钢中奥氏体奥氏体组织、晶胞、晶格参数2021/3/2252钢中奥氏体奥氏体组织、晶胞、晶格参数2021/3/225奥氏体形成机理驱动力，加热和冷却时的临界点2021/3/226奥氏体形成机理驱动力，加热和冷却时的临界点2021/3/22奥氏体晶核形核地点2021/3/227奥氏体晶核形核地点2021/3/227奥氏体晶核的长大奥氏体晶核在珠光体中的长大2021/3/228奥氏体晶核的长大奥氏体晶核在珠光体中的长大2021/3/22奥氏体等温形成动力学共析碳素钢奥氏体等温形成动力学2021/3/229奥氏体等温形成动力学共析碳素钢奥氏体等温形成动力学2021/亚共析钢的等温TTA曲线2021/3/230亚共析钢的等温TTA曲线2021/3/230连续加热的TTA2021/3/231连续加热的TTA2021/3/231奥氏体形核率和长大速度2021/3/232奥氏体形核率和长大速度2021/3/232影响奥氏体形成速度的因素加热温度的影响钢中碳含量和原始组织的影响合金元素的影响2021/3/233影响奥氏体形成速度的因素加热温度的影响2021/3/233连续加热时奥氏体的形成特征2021/3/234连续加热时奥氏体的形成特征2021/3/234奥氏体晶粒长大机理2021/3/235奥氏体晶粒长大机理2021/3/235硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧2021/3/236硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧2021/3/236影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间的影响化学成分的影响2021/3/237影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间的影响2021/3针状奥氏体的形成2021/3/238针状奥氏体的形成2021/3/238球形奥氏体的形成2021/3/239球形奥氏体的形成2021/3/239影响非平衡组织加热转变因素2021/3/240影响非平衡组织加热转变因素2021/3/240粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止2021/3/241粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止2021/3/2413珠光体共析分解组织形态2021/3/2423珠光体共析分解组织形态2021/3/242各类珠光体的电镜照片2021/3/243各类珠光体的电镜照片2021/3/243珠光体分解机理2021/3/244珠光体分解机理2021/3/244珠光体晶核形成长大2021/3/245珠光体晶核形成长大2021/3/245珠光体端向长大2021/3/246珠光体端向长大2021/3/246钢中粒状珠光体形成特定条件过冷奥氏体的分解片状珠光体的低温退火高温回火2021/3/247钢中粒状珠光体形成特定条件过冷奥氏体的分解2021/3/24共析碳素钢的TTT图2021/3/248共析碳素钢的TTT图2021/3/248退火用TTT图2021/3/249退火用TTT图2021/3/249连续冷却转变动力学2021/3/250连续冷却转变动力学2021/3/250影响共析分解的内在机制奥氏体固溶量的影响奥氏体状态的影响合金元素的影响

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；系统整合的作用2021/3/251影响共析分解的内在机制奥氏体固溶量的影响2021/3/251合金元素的影响2021/3/252合金元素的影响2021/3/252马氏体相变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2021/3/253马氏体相变马氏体相变的基本特征：切变共格和表面浮凸现象；无扩马氏体相变的判据和定义

不变平面应变的晶格改组；无需扩散；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。2021/3/254马氏体相变的判据和定义不变平面应变的晶格改组；2021/3马氏体相变的分类按相变驱动力分类；按马氏体相变动力学特征分类；变温马氏体相变等温马氏体相变热弹性马氏体相变2021/3/255马氏体相变的分类按相变驱动力分类；2021/3/255马氏体相变热力学2021/3/256马氏体相变热力学2021/3/256钢的马氏体点Ms2021/3/257钢的马氏体点Ms2021/3/257马氏体的组织形态及物理本质马氏体的物理本质低碳体心立方马氏体（小于0.2%C）组织形态2021/3/258马氏体的组织形态及物理本质马氏体的物理本质2021/3/25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ε－碳化物。ε－碳化物非常细小，呈片状，主要沿马氏体{111}M面上析出，尺寸在几十个纳米左右。由于ε－碳化物的惯习面是{111}M，因此在同一个视域内能看到两个或者三个方向的ε－碳化物。AB

图5.8试验钢在淬火条件下的马氏体组织

A）板条马氏体B）回火马氏体B2021/3/259图5.8是试验钢在900℃变形60％淬火得到的两种马氏体的形马氏体的组织形态体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）2021/3/260马氏体的组织形态体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）2马氏体的组织形态组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状2021/3/261马氏体的组织形态组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状2021Fe-M系合金马氏体Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体2021/3/262Fe-M系合金马氏体Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体20Fe-M合金马氏体Fe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体2021/3/263Fe-M合金马氏体Fe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体20贝氏体转变贝氏体相变理论研究进展和学术论争贝氏体相变的基本特征的共识贝氏体的定义：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θ-渗碳体或ε-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。切变-扩散整合机制2021/3/264贝氏体转变贝氏体相变理论研究进展和学术论争2021/3/26上贝氏体形貌－无碳贝氏体2021/3/265上贝氏体形貌－无碳贝氏体2021/3/265上贝氏体形貌－粒状贝氏体2021/3/266上贝氏体形貌－粒状贝氏体2021/3/266上贝氏体形貌－经典上贝氏体2021/3/267上贝氏体形貌－经典上贝氏体2021/3/267下贝氏体形貌－经典下贝氏体2021/3/268下贝氏体形貌－经典下贝氏体2021/3/268工业用钢中的贝氏体组织2021/3/269工业用钢中的贝氏体组织2021/3/269贝氏体组织中的精细亚结构2021/3/270贝氏体组织中的精细亚结构2021/3/270粒状组织和魏氏组织2021/3/271粒状组织和魏氏组织2021/3/271贝氏体相变动力学2021/3/272贝氏体相变动力学2021/3/272

贝氏体转变TTT图与珠光体的比较2021/3/273贝氏体转变TTT图与珠光体的比较2021/3/27贝氏体相变的过渡性中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别2021/3/274贝氏体相变的过渡性中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节202下贝氏体与马氏体的联系与区别2021/3/275下贝氏体与马氏体的联系与区别2021/3/275不同冷速下光学显微组织变形40%，冷却速度：A)0.1℃/sB)0.2℃/sC)0.5℃/sD)1℃/sE)5℃/sF)10℃/sG)20℃/sABCDEF

G2021/3/276不同冷速下光学显微组织变形40%，冷却速度：A)0.1℃/不同冷速下光学显微组织无变形，冷却速度：H)0.1℃/sI)0.2℃/sJ)0.5℃/sK)1℃/sL)5℃/sM)10℃/sN)20℃/sIJKMN

LH2021/3/277不同冷速下光学显微组织无变形，冷却速度：H)0.1℃/s马氏体的回火转变回火的原因：I,II,III回火的概念：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；α相的回复、再结晶；内应力消除等马氏体的回火产物及其概念2021/3/278马氏体的回火转变回火的原因：I,II,III2021/3/2碳原子的偏聚弘津气团：柯垂尔气团：位错线上碳原子偏聚。2021/3/279碳原子的偏聚弘津气团：2021/3/279θ-Fe3C的过渡相2021/3/280θ-Fe3C的过渡相2021/3/280合金马氏体的回火Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相2021/3/281合金马氏体的回火Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相2021/3Fe-M-C马氏体脱溶贯序平衡相为θ-Fe3C的Fe-M-C马氏体脱溶；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-C平衡相为MC的Fe-M-C马氏体脱溶Fe-M-C马氏体脱溶的时间贯序2021/3/282Fe-M-C马氏体脱溶贯序平衡相为θ-Fe3C的Fe-M-Cα相的物理状态变化亚结构的变化：（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，各个部位之间的内应力；

B第二类内应力： 在晶粒和亚晶范围内处于平衡的内应力；

C第三类内应力： C存在于一个原子集团范围内处于平衡的内应力。2021/3/283α相的物理状态变化亚结构的变化：2021/3/283合金钢的二次硬化二次硬化的现象2021/3/284合金钢的二次硬化二次硬化的现象2021/3/284研究生课程：金属成型过程的组织性能控制

谢谢大家

！2021/3/285研究生课程：金属成型过程的组织性能控制谢谢大家！2金属固态相变的基本规律

主讲：许云波研究生课程：金属成型过程的组织性能控制2021/3/286金属固态相变的基本规律

主讲：许云波研究生课程：金属成型过金属固态相变的分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；按原子迁移特征分类：扩散型；无扩散型；按热力学分类：一级相变；二级相变

2021/3/287金属固态相变的分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；平衡转变纯金属的同素异构转变多形性转变共析转变包析转变平衡脱溶调幅分解有序化转变2021/3/288平衡转变纯金属的同素异构转变2021/3/23非平衡转变伪共析转变马氏体相变贝氏体相变不平衡脱溶沉淀块状转变2021/3/289非平衡转变伪共析转变2021/3/24扩散型相变界面控制扩散型相变体扩散控制扩散型相变无扩散型相变马氏体相变2021/3/290扩散型相变界面控制扩散型相变无扩散型相变2021/3/25按热力学分类2021/3/291按热力学分类2021/3/26相变驱动力2021/3/292相变驱动力2021/3/27相变阻力－界面能2021/3/293相变阻力－界面能2021/3/28相变阻力－界面能2021/3/294相变阻力－界面能2021/3/29相变阻力－界面能2021/3/295相变阻力－界面能2021/3/210均匀形核2021/3/296均匀形核2021/3/211几点结论2021/3/297几点结论2021/3/212非均匀形核晶界形核：A界面形核；B晶棱形核；C界隅形核位错形核2021/3/298非均匀形核晶界形核：A界面形核；B晶棱形核；C界隅形核2新相的长大规律成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长大2021/3/299新相的长大规律成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长成分改变的非协同型转变长大2021/3/2100成分改变的非协同型转变长大2021/3/215成分改变的非协同型转变长大2021/3/2101成分改变的非协同型转变长大2021/3/216应用举例－钢中奥氏体晶粒长大2021/3/2102应用举例－钢中奥氏体晶粒长大2021/3/217相变动力学形核率Johnson-Mehl方程Avrami方程动力学曲线和等温转变图2021/3/2103相变动力学形核率2021/3/2182021/3/21042021/3/2192021/3/21052021/3/2202021/3/21062021/3/2212021/3/21072021/3/2222021/3/21082021/3/2232021/3/21092021/3/2242钢中奥氏体奥氏体组织、晶胞、晶格参数2021/3/21102钢中奥氏体奥氏体组织、晶胞、晶格参数2021/3/225奥氏体形成机理驱动力，加热和冷却时的临界点2021/3/2111奥氏体形成机理驱动力，加热和冷却时的临界点2021/3/22奥氏体晶核形核地点2021/3/2112奥氏体晶核形核地点2021/3/227奥氏体晶核的长大奥氏体晶核在珠光体中的长大2021/3/2113奥氏体晶核的长大奥氏体晶核在珠光体中的长大2021/3/22奥氏体等温形成动力学共析碳素钢奥氏体等温形成动力学2021/3/2114奥氏体等温形成动力学共析碳素钢奥氏体等温形成动力学2021/亚共析钢的等温TTA曲线2021/3/2115亚共析钢的等温TTA曲线2021/3/230连续加热的TTA2021/3/2116连续加热的TTA2021/3/231奥氏体形核率和长大速度2021/3/2117奥氏体形核率和长大速度2021/3/232影响奥氏体形成速度的因素加热温度的影响钢中碳含量和原始组织的影响合金元素的影响2021/3/2118影响奥氏体形成速度的因素加热温度的影响2021/3/233连续加热时奥氏体的形成特征2021/3/2119连续加热时奥氏体的形成特征2021/3/234奥氏体晶粒长大机理2021/3/2120奥氏体晶粒长大机理2021/3/235硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧2021/3/2121硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧2021/3/236影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间的影响化学成分的影响2021/3/2122影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间的影响2021/3针状奥氏体的形成2021/3/2123针状奥氏体的形成2021/3/238球形奥氏体的形成2021/3/2124球形奥氏体的形成2021/3/239影响非平衡组织加热转变因素2021/3/2125影响非平衡组织加热转变因素2021/3/240粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止2021/3/2126粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止2021/3/2413珠光体共析分解组织形态2021/3/21273珠光体共析分解组织形态2021/3/242各类珠光体的电镜照片2021/3/2128各类珠光体的电镜照片2021/3/243珠光体分解机理2021/3/2129珠光体分解机理2021/3/244珠光体晶核形成长大2021/3/2130珠光体晶核形成长大2021/3/245珠光体端向长大2021/3/2131珠光体端向长大2021/3/246钢中粒状珠光体形成特定条件过冷奥氏体的分解片状珠光体的低温退火高温回火2021/3/2132钢中粒状珠光体形成特定条件过冷奥氏体的分解2021/3/24共析碳素钢的TTT图2021/3/2133共析碳素钢的TTT图2021/3/248退火用TTT图2021/3/2134退火用TTT图2021/3/249连续冷却转变动力学2021/3/2135连续冷却转变动力学2021/3/250影响共析分解的内在机制奥氏体固溶量的影响奥氏体状态的影响合金元素的影响

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；系统整合的作用2021/3/2136影响共析分解的内在机制奥氏体固溶量的影响2021/3/251合金元素的影响2021/3/2137合金元素的影响2021/3/252马氏体相变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2021/3/2138马氏体相变马氏体相变的基本特征：切变共格和表面浮凸现象；无扩马氏体相变的判据和定义

不变平面应变的晶格改组；无需扩散；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。2021/3/2139马氏体相变的判据和定义不变平面应变的晶格改组；2021/3马氏体相变的分类按相变驱动力分类；按马氏体相变动力学特征分类；变温马氏体相变等温马氏体相变热弹性马氏体相变2021/3/2140马氏体相变的分类按相变驱动力分类；2021/3/255马氏体相变热力学2021/3/2141马氏体相变热力学2021/3/256钢的马氏体点Ms2021/3/2142钢的马氏体点Ms2021/3/257马氏体的组织形态及物理本质马氏体的物理本质低碳体心立方马氏体（小于0.2%C）组织形态2021/3/2143马氏体的组织形态及物理本质马氏体的物理本质2021/3/25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ε－碳化物。ε－碳化物非常细小，呈片状，主要沿马氏体{111}M面上析出，尺寸在几十个纳米左右。由于ε－碳化物的惯习面是{111}M，因此在同一个视域内能看到两个或者三个方向的ε－碳化物。AB

图5.8试验钢在淬火条件下的马氏体组织

A）板条马氏体B）回火马氏体B2021/3/2144图5.8是试验钢在900℃变形60％淬火得到的两种马氏体的形马氏体的组织形态体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）2021/3/2145马氏体的组织形态体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）2马氏体的组织形态组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状2021/3/2146马氏体的组织形态组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状2021Fe-M系合金马氏体Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体2021/3/2147Fe-M系合金马氏体Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体20Fe-M合金马氏体Fe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体2021/3/2148Fe-M合金马氏体Fe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体20贝氏体转变贝氏体相变理论研究进展和学术论争贝氏体相变的基本特征的共识贝氏体的定义：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θ-渗碳体或ε-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。切变-扩散整合机制2021/3/2149贝氏体转变贝氏体相变理论研究进展和学术论争2021/3/26上贝氏体形貌－无碳贝氏体2021/3/2150上贝氏体形貌－无碳贝氏体2021/3/265上贝氏体形貌－粒状贝氏体2021/3/2151上贝氏体形貌－粒状贝氏体2021/3/266上贝氏体形貌－经典上贝氏体2021/3/2152上贝氏体形貌－经典上贝氏体2021/3/267下贝氏体形貌－经典下贝氏体2021/3/2153下贝氏体形貌－经典下贝氏体2021/3/268工业用钢中的贝氏体组织2021/3/2154工业用钢中的贝氏体组织2021/3/269贝氏体组织中的精细亚结构2021/3/2155贝氏体组织中的精细亚结构2021/3/270粒状组织和魏氏组织2021/3/2156粒状组织和魏氏组织2021/3/271贝氏体相变动力学2021/3/2157贝氏体相变动力学2021/3/272

贝氏体转变TTT图与珠光体的比较2021/3/2158贝氏体转变TTT图与珠光体的比较2021/3/27贝氏体相变的过渡性中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别2021/3/2159贝氏体相变的过渡性中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节202下贝氏体与马氏体的联系与区别2021/3/2160下贝氏体与马氏体的联系与区别2021/3/275不同冷速下光学显微组织变形40