4、氧化：尺寸、表面变化；性能恶化 与脱碳现象伴生 措施：保护气氛；盐浴；真空加热 5、脱碳：性能恶化 脱碳速度大于氧化速度 措施：保护气氛；盐浴；真空加热 6、变形：尺寸变化或开裂      措施：控制加热速度，分段预热 返回 返回 设晶粒为球形，半径为R： 驱动力P ：  弯曲的晶界平直化，即表面张力 阻力F：界面能增加πr2σ  πr2σ=F×r  ，F= πrσ 总阻力F总= 2rNv × F =2πr2σNv  Nv：单位体积粒子数 晶界停止长大条件： 总阻力F总=P，设R=D f=4/3 πr3 Nv  f：第二相体积分数 晶粒大小：D=4r/3f 返回 返回 返回 第二章 钢的加热转变 §6-1 奥氏体的形成 §6-2奥氏体形成机理 §6-3奥氏体形成动力学 §6-4奥氏体晶粒长大及控制 §6-5 钢的加热缺陷 本章重点  1. 奥氏体的形成过程  2. 影响奥氏体形成速度及晶粒长大的因素  §1 奥氏体的形成 一、奥氏体的结构 定义 晶体结构 碳所处的可能位置：fcc八面体中心或棱边中点 溶解度：理论值wc% 实际值？ 碳原子分布不均匀，在A中有浓度起伏 对称点阵畸变， wc%高→点阵常数增大 形貌：等轴状、有孪晶 关于合金A 二、奥氏体的性能 力学性能 塑性好、强度低。（滑移系？固溶强化效果？） 冷、热加工成形的工程意义？ 可采取的材料强化手段？ 物理性能 顺磁性。材料研究方面的应用？ 比容小（致密度？）。热处理应该考虑的问题？ 热膨胀系数大。可以用于热敏功能材料。 导热性能差，加热应注意。加热速度？ 化学性能 抗腐蚀；耐热。 三、奥氏体的形成过程 相变温度（临界点） 平衡相变点：A1、A3、Acm 实际加热时的相变点：Ac1、Ac3、Accm 实际冷却时的相变点：Ar1、Ar3、Arcm 形成条件 Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度 过热度大，容易形成 实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快， Ac1、Ac3、Accm越高。 §2 奥氏体形成的机理 一、珠光体类组织向A的转变 过程 形核→长大→残余碳化物溶解→A的成分均匀化 珠光体类组织 球化体（球状P=F+球状碳化物） 片状P 1、形核 球化体 优先在晶界的F/碳化物界面上形成 其次在晶内的F/碳化物界面上形成 片状P 优先在P团的界面上形成 其次 在F/碳化物界面上形成 相界形核原因 碳浓度起伏，如 F中高浓度区有利于 向A转变 结构起伏→晶体结构改组容易 能量起伏→杂质、晶体缺陷多→形核→降低界面能、应变能 2、长大 球化体    A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。 片状P 垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图 平行片方向（ 体扩散+界面扩散） 垂直片方向→路程短，是主要长大方式→界面迁移快→平行方向长大速度快 3、残余碳化物的溶解 实验证实F先溶解 F先溶解的原因 晶体结构 碳浓度差异 4、奥氏体成分均匀化  其他钢的奥氏体转变 亚共析钢：P转变为A后，F再        转变 过共析钢：P转变为A后，Fe3C再转变 低合金钢：P转变与碳钢过程、机理相同，但进程比较慢，相变温度高，时间长。 二、马氏体向A的转变 工程意义： 返修；铸造、锻造等连续冷却组织 相变点以上加热： 同时形成针状和球状两种A，机理 形成球状A是主流；针状A是初始阶段的过渡组织，随后会转变为球状或合并为粗晶粒（组织遗传） 1、针状A 形核： 板条之间有碳化物→优先在界面形核 板条之间无碳化物→在板条之间形核 加热温度：在Ac1、Ac3附近不出现 加热速度：快速或慢速加热容易出现 组织遗传：针状A与原M板条有位向关系，粗大组织遗传保留。P原始组织一般没有。 形成机理：有待研究 2、球状A 形核 板条之间 原A晶界上 加热速度：适中时出现 无组织遗传：与P向A转变相似 §3 奥氏体形成动力学 一、A等温加热形成动力学 金相法测定原理：加热A+P→快冷使高温组织固定→冷却后A转变为M，未转变的P在此过程中不变化。 A等温加热形成动力学图特点 温度越高，孕育期越短 中期转变速度快，S形 残余碳化物溶解及A均匀化时间长 二、A连续加热形成动力学 A连续加热形成动力学图 建立温度~时间坐标，标出不同的加热速度曲线 每一种加热速度取10个试样，分别加热到不同温度淬火，测定A转变时对应的温度、时间 特点 加热温度升高，相变温度升高 加热速度快，孕育期减少 加热速度快，晶粒细化 成分不均匀 三、A形成动力学的理论处理 1、形核率N：2-1公式       A化温度的影响： 温度↑→相变驱动力↑ → 形核率↑ →形核率与临界晶核数目、原子碰撞次数（扩散）成正比 温度↑→原子扩散能力↑ 温度↑→Cγ/α与Cα/γ浓度差↓ →碳浓度起伏小 2、长大速度 温度↑→扩散系数↑ 温度↑→碳在A中的浓度梯度↑  温度↑→ Cγ/α与Cα/γ和Ccem/ γ 与Cγ/cem浓度差均↓ → 界面扩散速度↑ 综上所述：温度升高，二者单调升高。  形核率增加更快。 动力学公式适宜定性，定量有误差 四、影响A形成速度的因素 加热温度 ： T↑→ A化速度↑  加热速度 ： V↑→ 转变温度↑，转变时间↓  含碳量   亚共析钢C%↑→ 界面多 → 转变快 过共析钢（半A化）C%↑→ 碳化物多 → 转变慢 合金元素   改变相变点；影响扩散系数 碳化物稳定性好，A形成速度慢 合金元素自扩散慢，A形成速度慢 原始组织   P 片间距小 → 相界面多 →A化速度↑ 球状P →A化速度↓ 上一页 返回 §4奥氏体晶粒长大及控制  一、晶粒与材料性能的关系 Hall-Petch公式：细晶，高强度、高韧性 实际晶粒大小取决于冷却前A晶粒大小 二、晶粒度 评定方法 测定尺寸 对比评级照片 截距法：单位长度上与晶粒相交的数目  起始晶粒度     刚刚全部转变为奥氏体时的晶粒度。  实际晶粒度     在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶  粒度。  本质晶粒度  用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。  采用标准试验方法评定  与脱氧剂、合金元素有关 三、A晶粒长大的特点 本质晶粒度 标准试验条件 与冶炼工艺有关 与成分有关 四、影响A晶粒长大的因素 加热温度、时间 高温、长时间，晶粒长大，晶界平直 在某温度下，长大到一定尺寸→停止 加热速度：快速短时，细化晶粒。 随炉升温；到温入炉；高温入炉晶粒大小？ 第二相粒子：实验结果及近似处理→足够细、数量足够多→阻碍A长大 冶炼方法 合金元素的作用各不相同 五、晶粒的控制及生产应用 1、利用Al脱氧细化 2、加细化晶粒合金元素 HSLA钢强化 3、快速加热 4、重结晶细化（正火）   六、控制组织遗传 原则：切断母相与新相的晶体学关系 高温回火或退火→获得平衡组织→再A化 中速加热→获得球状A组织 多次循环加热、冷却→破坏取向关系 §5 钢的加热缺陷 1、欠热：温度低、时间短       措施：重新加热 2、过热：温度高，粗晶粒       措施：重新加热，防止组织遗传 3、过烧：温度太高，晶界氧化、熔化        报废 小结及作业 奥氏体具有良好的塑性、无磁、耐腐蚀、耐热等性能，其工程应用于成形、不锈钢、耐热钢等。 
第2章 钢的加热转变.ppt