金属热处理原理与工艺课件章复习

金属热处理原理与工艺

6-8章复习材料科学与工程学院第六章珠光体转变和钢的退火与正火本章重点：碳钢两类珠光体(即片状和粒状)的组织形态、形成机制以及力学性能，掌握影响珠光体转变动力学因素。本章难点：珠光体(片状和粒状)的形成机制。6.1铁素体与珠光体的组织与性能钢中常见的珠光体有片状珠光体和粒状珠光体两种。片状珠光体：F和Fe3C层片相间的机械混合组织。粒状珠光体：Fe3C以粒状分布于F基体上形成的混合组织。片状珠光体晶粒尺寸大小可以用片间距大小来表示，相邻两片Fe3C(或F)的平均距离S0称珠光体的片层间距。珠光体片层间距方向大致相同的区域称为“珠光体团”、“珠光体领域”或珠光体晶粒。一个原奥氏体晶粒内可以形成几个珠光体晶粒。

P团原A晶界S0Fe3Cα根据珠光体片层间距S0的大小，可将珠光体分为三类：1.珠光体：用P表示；S0=1500~4500Ǻ。光镜下观察到F与Fe3C呈层片状。2.索氏体：用S表示；S0=800~1500Ǻ。光镜下难以区分F与Fe3C呈层片状，电镜下清晰观察到F与Fe3C的片层。3.屈氏体：用T表示；是极细的珠光体。S0=300~800Ǻ。光镜下无法分辨F与Fe3C的层片(呈黑球状)，电镜下清晰观察到F与Fe3C的片层。珠光体片层间距S0的大小，取决于过冷度ΔT而与原奥氏体晶粒尺寸大小无关。(Ǻ)

珠光体的晶体结构片状珠光体是F和Fe3C层片相间的机械混合组织。粒状珠光体是粒状Fe3C分布于F基体上形成的混合组织。其中F的晶体结构为体心立方；Fe3C为复杂斜方结构。在珠光体形成时，F与Fe3C具有两类确定的晶体学位向关系。同时，先共析相F、Fe3C与原奥氏体也有确定的晶体学位向关系。6.2珠光体的形成机制

珠光体形成的热力学条件(1)由于A→P是在较高温度形成，Fe和C原子能够长程扩散，A→P是扩散型相变；(2)由于缺陷形核，相变消耗的能量较小，在较小过冷度ΔT条件下A→P相变即可发生。即满足：ΔG=Gp-Gγ≤0GγGpGTA1T1ΔGΔT片状珠光体的形成机制γ→α+Fe3C晶体结构：面心立方体心立方复杂斜方C%：0.77%0.0218%6.67%1.形核：奥氏体晶界；满足能量起伏；结构起伏；成分起伏三个条件。关于F和Fe3C谁领先形核过去一直争论，现在认为都有可能成为领先相。2.长大：以Fe3C为领先相讨论，当珠光体晶核在奥氏体晶界形成(A、F和Fe3C三相共存)时，过冷奥氏体中存在C浓度不均匀，由于过冷奥氏体中存在C浓度不均匀，导致C原子扩散。珠光体晶核纵向长入奥氏体晶内。3.横向长大：奥氏体晶核内形成一片Fe3C，立刻就有两边F相连，搭桥机制。GESPC1C2C3C4T1粒状珠光体的的形成机制Fe3CFe3CαααFe3CFe3Cfff亚晶界在A1温度以下片状状Fe3C的球化是通通过Fe3C片的破裂，，断开而逐渐渐球化的。6.3亚过过共析钢的珠珠光体转变伪共析组织亚(过)共析析钢快冷后抑抑制先共析相相的析出，在在非共析钢成成分下析出的的共析组织(F+Fe3C)成为伪共共析组织。魏氏组织工业上将先共共析的片(针针)状铁素体体或片(针)状碳化物加加珠光体组织织称魏氏组织织，用W表示示。前者称αα-Fe魏氏氏组织，后者者称碳化物魏魏氏组织。6.4珠光光体转变动力力学一、珠光体的的成核率I和和长大速度G1.形核率和和长大速度与与温度的关系系：形核率和长大大速度与转变变温度之间有有极大值。2.形核率和和长大速度与与转变时间的的关系：当温度一定时时，等温时间间增加，形核核率I增加且且很快达到饱饱和。当形核核部位全部耗耗尽后，形核核率降为零(与位置有关关)。长大速速度G与等温温时间无关。。影响珠光体转转变动力学的的因素1.化学成分分的影响(1)C%(2)合金元元素2.奥氏体成成分均匀性和和过剩相溶解解情况的影响响3.奥奥氏氏体体化化温温度度和和时时间间的的影影响响4.奥奥氏氏体体晶晶粒粒度度5.应应力力和和塑塑性性变变形形的的影影响响6.5退退火火的的概概念念及及其其分分类类退火火与与正正火火的的主主要要区区别别：：1.正正火火的的冷冷却却速速度度比比退退火火稍稍快快，，过过冷冷度度较较大大。。2.正正火火后后所所得得到到的的组组织织比比较较细细，，强强度度和和硬硬度度比比退退火火高高一一些些。。第七七章章马马氏氏体体转转变变本章章重重点点：：马马氏氏体体相相变变的的主主要要特特点点、、马马氏氏体体的的组组织织形形态态及及性性能能、、Ms点定定义义及及影影响响因因素素。。本章章难难点点：：马马氏氏体体转转变变的的主主要要特特征征、、马马氏氏体体产产生生异异常常正正方方度度的的原原因因以以及及马马氏氏体体相相变变的的晶晶体体学学位位向向关关系系。。7.1马马氏氏体体的的组组织织与与性性能能板条条状状马马氏氏体体常见见于于低低碳碳钢钢、、马马氏氏体体时时效效钢钢、、不不锈锈钢钢中中。。其其显显微微组组织织是是由由许许多多成成群群的的板板条条组组成成，，称称板板条条马马氏氏体体。。亚亚结结构构为为位位错错，，也也称称位位错错马马氏氏体体。。片状马氏体常见于淬火高高、中碳钢、、及Fe-Ni-C钢。。空间形态呈呈凸透镜片形形状，称透镜镜片状马氏体体或片状马氏氏体，亚结构构为孪晶，也也称孪晶马氏氏体。马氏体的强度度主要决定于于马氏体的碳碳含量及组织织结构，而马马氏体的韧性性主要取决于于马氏体的亚亚结构，低碳碳的位错型马马氏体具有相相当高的强度度和良好的韧韧性，高碳的的孪晶马氏体体具有高的强强度，但是韧韧性很差。7.2马氏氏体转变的主主要特征一、马氏体转转变的非恒温温性二、马氏体转转变的表面浮浮凹现象和共共格性三、马氏体转转变的无扩散散性四、马氏体转转变的位相关关系及惯习面面五、马氏体转转变的可逆性性7.3马氏体体转变的晶体体学和转变机机制马氏体的晶体体结构马氏体是C在在α-Fe中中的过饱和间间隙式固溶体体。具有体心心正方点阵。。0.40.81.21.62.002.842.923.04含碳量，%点阵常数，Åcac/a马氏体的点阵阵常数与C%的关关系室温下马氏体体的点阵常数数与C%的关关系由X-ray测得：：随C%提高，，马氏体点阵阵常数c增大大，a减小，，正方度c/a增大新形成马氏体体的正方度偏偏离公式给出出的正方度，，称为马氏体体异常正方度度。新形成马氏体体的正方度远远高于公式给给出的正方度度，称为异常常高正方度。新形成马氏体体的正方度远远低于公式给给出的正方度度，称为异常常低正方度。亚点阵概念并非所有的C原子都能占占据可能位置置，这些可能能位置可分为为三组，每一一组都构成一一个八面体，，C原子分别别占据着这些些八面体的顶顶点。由C原原子构成的八八面体点阵称称为亚点阵。。C轴称为第第三亚点阵；；b轴称为第第二亚点阵；；a轴称为第第三亚点阵。。第三亚点阵第二亚点阵第一亚点阵产生异常正方方度的原理：：具有异常低正正方度的新生生马氏体，是是因为部分有有序分布在第第二或第一亚亚点阵的C原原子增加的结结果，而当两两个亚点阵上上C原子分布布几率不相等等时，出现a≠b的正交交点阵。具有异常高正正方度的新生生马氏体，其其C原子接近近全部占据第第三亚点阵。。7.4马氏体体转变的热力力学和动力学学马氏体转变热热力学：一、相变的驱驱动力ΔG=Gα′-Gγ≤0如图所示，马马氏体相变的的驱动力ΔG必须小于零，，即转变温度度必须低于T0以下，马氏体体转变的开始始点Ms在T0以下。Gα′GγGTT0T1ΔGΔT二、Ms点定义1.Ms点定义：奥氏氏体和马氏体体两相自由能能之差达到相相变所需的最最小驱动力值值对应的温度度称为Ms点。2.Md点定义：获得得形变诱发马马氏体的最高高温度。三、影响Ms点的主要因素素（一）、A化化学成分１、碳含量Wc：Wc↑，Ms↓、Mf↓２、合金元素素：除Co、Al以外，大多多数合金元素素总使Ms、Mf下降。（二）、加热热规程的影响响：若排除化学成成分的影响，，提高奥氏体体化加热温度度和保温时间间，使Ms升高。（三）、冷却却速度：一般的生产条条件下，冷却却速度不改变变Ms，但是在高速速淬火时，Ms随冷却速度的的增大而升高高。（四）、应力力：在奥氏体状态态下施加拉应应力或单向压压应力会促进进马氏体形成成，Ms升高。在奥氏体状态态下施加多向向压应力会阻阻碍马氏体形形成，Ms下降。（五）、塑性性变形：1、若在Ms～Md温度范围内经经塑性变形会会促进奥氏体体在该温度下下向马氏体转转变，使Ms升高，产生应应变诱发马氏氏体。2、若在Ms～Mf温度范围内的的某一温度进进行塑性变形形也会促进奥奥氏体在该温温度下向马氏氏体转变。3、若在Md以上某一温度度范围内经塑塑性变形不会会产生应变诱诱发马氏体。。（六）、存在在先共析马氏氏体组织：马氏体转变之之前存在珠光光体，Ms点升高。马氏体转变之之前存在贝氏氏体，Ms点下降。马氏体转变动动力学：马氏体相变是是一个形核和和核长大的过过程，但是由由于其具有转转变速度快的的特点，研究究其动力学转转变特点很困困难，可以将将马氏体转变变的动力学分分成四种情况况。一、变温瞬时时形核、瞬时时长大（变温温马氏体转变变）二、等温形核核、瞬时长大大（等温马氏氏体转变）三、自触发形形核、瞬时长长大（爆发式式马氏体转变变）四、表面马氏氏体转变各自的特点。。奥氏体的稳定定化：定义：奥氏体体由于内部结结构在外界条条件的影响下下发生了某种种变化，使其其向马氏体转转变发生迟滞滞的现象称为为奥氏体稳定定化。分类：奥氏体体稳定化分为为热稳定化和和机械稳定化化两种。一、奥氏体的的热稳定化产生机理：C、N原子在在适当温度下下(热稳定化化温度)向点点阵位错处偏偏聚，钉扎位位错，不仅强强化奥氏体，，使马氏体相相变切变阻力力增大，同时时钉扎马氏体体核坯，阻碍碍其长大，因因此必须附加加化学驱动力力以克服溶质质原子的钉扎扎力。二、奥氏体的的机械稳定化化产生机理：由由于塑性变形形引入缺陷(或使缺陷增增加)，破坏坏了母相与新新相之间的共共格关系，使使马氏体转变变时原子运动动发生困难。。第八章贝氏氏体转变一般将具有一一定过饱和度度的α相和Fe3C组成的非层层状组织称为为贝氏体。8.1贝氏氏体的组织和和性能由于转变温度度的不同，贝贝氏体有以下下几种形态：：上贝氏体、、下贝氏体、、粒状贝氏体体、无碳化物物贝氏体、柱柱状贝氏体。。一、上贝氏体体过饱和的平行行条状α相和和夹于α相条条间的断续条条状Fe3C的混合物。。形状如羽毛毛，又称羽毛毛状贝氏体。。在原奥氏体体晶界形核，，沿晶界一侧侧或两侧向晶晶内长大。(1)形成温温度：中高碳碳钢350~550℃；；又称高温贝贝氏体；形成成温度低，αα相条变薄，，碳化物弥散散度增大，细细化晶粒。(2)亚结构构：位错缠解解。比板条马马氏体低2~3个数量级级，形成温度度越低，位错错密度越大。。(3)光镜下下，α相呈条条状或针状，，少数呈椭圆圆状或矩形；；电镜下清晰晰可见断续条条状Fe3C分布于α相相条间。(4)C%增增加，α相条条增多、变薄薄，Fe3C量增加、变变细，碳化物物由粒状→链链珠状→断续续条状。合金元素Si、Al、增增加奥氏体的的稳定性，抑抑制Fe3C析出，使残残余奥氏体数数量增多。二、下贝氏体体过饱和的片状状α相和其内内部沉淀的Fe3C的混合物。。形状为针状状、片状或竹竹叶状。各针针状物间有一一定交角。碳碳化物细小、、弥散，呈粒粒状和细片状状排列成行，，与α相长轴轴方向成55˚~65˚˚。(1)形成温温度：中高碳碳钢350℃℃~Ms；又称低温贝贝氏体。(2)亚结构构：缠解位错错。比上贝氏氏体位错密度度高，未发现现孪晶。(3)光镜下下，α相呈暗暗黑色针状或或片状，各针针状有一定交交角；电镜下下清晰可见排排列成行的粒粒状或片状Fe3C分布于α相相条内，与αα相长轴方向向交成55˚˚~60˚，，也可能分布布在α相条外外。(4)下贝氏氏体α相内含含有过饱和C原子，其固固溶量比上贝贝氏体高。上上贝氏体的αα相平行，下下贝氏体的αα相有交角。。贝氏体的强度度随形成温度度降低而增强强。随贝氏体的形形成温度的降降低，强度的的逐渐增加，，韧性并不降降低，反而有有所增加。8.2贝氏氏体转变的基基本特征（一）贝氏体体转变温度范范围（二）贝氏体体转变产物（三）贝氏体体转变动力学学（四）贝氏体体转变的不完完全性（五）贝氏体体转变的扩散散性（六）贝氏体体转变晶体学学特征（七）贝氏体体中F的碳含含量8.3贝氏氏体转变动力力学贝氏体等温转转变动力学图图也呈C形。。转变在BS温度以下才能能实行。影响贝氏体转转变动力学的的因素：1、碳含量随A中碳含量量的增加，B转变速度下下降。2、合金元素素除Co、Al以外所有合合金元素都降降低B转变速速度，使B转转变的C曲线线右移。3、奥氏体晶晶粒大小和奥奥氏体化温度度A晶粒大小：：随A晶粒增大大，B转变孕孕期延长转变变速度下降。。A化温度：A化温度高，，贝氏体转变变速度先增后后降。4、应力的影影响拉应力使B转转变速度增加加，尤其对下下B更显著。。压应力的作作用不清楚。。5、塑性变形形（1）在较高高温度（1000~800℃））范围内对A进行塑性变变形，将使A向B转变的的孕育期增长长，转变速度度下降，转变变的不完全程程度增大。（2）在较低低温度（350~300℃）范围围内对A进进行塑性变形形将加速B的的形成。完9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:57:0721:57:0721:5712/28/20229:57:07PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:57:0721:57Dec-2228-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。21:57:0721:57:0721:57Wednesday,December28,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2221:57:0721:57:07December28,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。28十二月月20229:57:07下午21:57:0712月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:57下下午午12月月-2221:57December28,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2821:57:0721:57:0728December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。9:57:07下下午9:57下下午21:57:0712月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。21:57:0721:57:0721:5712/28/20229:57:07PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2221:57:0721:57Dec-2228-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。21:57:0721:57:0721:57Wednesday,December28,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:57:0721:57:07December28,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。28十二月月20229:57:07下午21:57:0712月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月229:57下下午午12月月-2221:57December28,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/2821:57:0721:57:0728December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。9:57:07下午午9:57下午午21:57:0712月-229、杨柳散散和