4材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第四章 珠光体转变。

返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT金属热处理原理及工艺第四章珠光体转变4.1、钢的冷却转变概述4.2、珠光体的组织和性能4.3、珠光体转变机理4.4、珠光体转变动力学4.5、珠光体转变影响因素4.6、钢中碳化物的相间析出返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT热加保温时间温度连续冷却等温冷却钢在热处理时的冷却方式临界温度4.1、钢的冷却转变概述返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.1、钢的冷却转变概述一、过冷奥氏体等温转变图(TTT/IT图）c曲线珠光体.swfA1550℃温度时间(s)8006004002000104103102100230℃727℃-50℃过冷奥氏体——处于临界温度之下暂时存在的奥氏体。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfM+AR共析碳钢C曲线分析返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT二、过冷奥氏体连续冷却转变图（CT图）Vk时间(lgτ)温度℃A1PfPsA→PKMsMf水冷油冷Vk1炉冷空冷4.1、钢的冷却转变概述转变中止线返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.2珠光体的组织和性能一.珠光体的组织形态层片状、粒状、其他共析成分的奥氏体冷却到A1以下时，将分解为铁素体与渗碳体的混合物，称为珠光体。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT珠光体团：片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为珠光体团，在一个奥氏体晶粒内，可有几个珠光体团。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.2珠光体的组织和性能二.珠光体的层间距层间距的影响因素：过冷度。△T↗、S↘。TCSSFFe3CC-----常数（8.02×103nm·K）△T——过冷度返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.2珠光体的组织和性能二.珠光体的层间距SFFe3C150—450nm珠光体80----150nm索氏体30----80nm屈氏体根据珠光体片间距大小分为：本质一样返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT光镜下形貌电镜下形貌珠光体光镜形貌电镜形貌索氏体光镜形貌电镜形貌屈氏体珠光体的存在：钢的退火或正火组织中返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT0.4C-10Cr钢转变10min后的组织，图中碳化物为Cr23C6特殊碳化物与F组成的珠光体返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT纤维状碳化物与F的聚合体0.2C-4Mo钢在650℃转变后的组织a）转变20min，b）转变2h返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT相间沉淀物与F的聚合体0.5C-0.75V钢的显微组织a）680℃等温10mb）725℃等温5min返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT1、片状珠光体屈服强度:σs=139+46.4S-1断裂强度:σf=436.5+98.1S-14.2珠光体的组织和性能三.珠光体的力学性能片间距↘，强度和硬度↗，同时塑性和韧性有所改善返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT2、球状珠光体性能取决于：（1）F晶粒大小（基体）（2）Fe3C大小、数量，分布。Fe3C细小，分布均匀，则强度、硬度较高，韧性也↗。与同成分片状P相比：强度硬度稍低，塑韧性较高返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.3珠光体转变机理一.片状珠光体的转变机理形核＋长大因为是两相混合物，因此有一个领先相的问题。1、领先相与化学成分有关亚共析钢：F过共析钢：Fe3C共析钢：两者均可，一般认为是Fe3CA中存在未溶渗碳体时，促进P转变。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT2、形成机理（以共析钢为例）相转变：A→F+Fe3C成分变化：0.77%0.021%6.67%结构变化:fccbcc复杂正交形核：在A晶界和缺陷密集区，形成薄片状Fe3C晶核。长大：扩散进行长大方式：纵向长大，沿着珠光体片长轴方向长大；横向长大，沿着珠光体片垂直方向长大依靠C的扩散界面过程，依靠Fe的自扩散返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT3、片状珠光体长大碳的扩散机制CA/F：F/A界面上A一侧的碳浓度CA/Fe3c：Fe3C/A界面上A一侧的碳浓度CA：原A中的碳浓度CF/A：F/A界面上F一侧的碳浓度CF/Fe3c：F/Fe3C界面上F一侧的碳浓度CFe3c：Fe3C的碳浓度为6.69%CA/FFe3CFA1CACA/FTCFe3cF△TACA/Fe3cCF/ACF/Fe3cACA/Fe3C返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT由于各相间的浓度差，造成了如下扩散：（a）界面扩散在t1温度时，奥氏体中CA/FCA/Fe3C，造成碳从A/F界面扩散到A/Fe3C界面，这便破坏了界面平衡，使CA/F↘,CA/Fe3C↗，进而导致F长大(使CA/F↗)，Fe3C长大(使CA/Fe3C↘)。（b）由远离P区扩散因为CA/FCACA/Fe3C，F前沿的碳将向远处扩散，而远处的碳(浓度为CA)将扩散至Fe3C前，使F、Fe3C长大。（c）铁素体中C的扩散如图，因为CF/ACF/Fe3C，这就造成F内部的碳的扩散，使F前沿碳浓度下降，有利于F长大，Fe3C长大。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4、铁原子的自扩散珠光体转变时，晶体点阵的改组是通过铁原子自扩散完成的。综上所述，珠光体转变时珠光体团的形成是铁素体与渗碳体横向沿奥氏体晶界或沿已形成的珠光体团界交替形核、纵向长大的结果。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT珠光体转变过程返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.3珠光体转变机理二.粒状珠光体的形成机制由片状珠光体中渗碳体球化获得片状P转为粒状P过程：片状珠光体中的Fe3C在加热时有可能自发的发生断裂和球化，其过程为:片状珠光体（片状P＋网状Fe3C）→Fe3C断裂→界面张力的作用，Fe3C球化→粒状珠光体返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.3珠光体转变机理二.粒状珠光体的形成机制片状P长时间保温略低于A1粒状P球化退火片状P加热略高于A1A＋未溶Fe3C保温A＋粒状Fe3C缓冷粒状P球化条件：加热时：A化温度低，保温时间短冷却时：P化温度高，保温时间长返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT珠光体球化过程返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMTA1ⅠⅡC％TT1伪共析转变：快速冷却时，非共析成分的A被过冷到SE`G`区后，可以不析出先共析相而直接分解为F＋Cm的混合物，分解机制和分解产物与共析转变完全相同，这一转变称为伪共析转变，转变产物为“伪共析组织”。4.3珠光体转变机理三.亚（过）共析钢的珠光体转变GSEE′G′返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT先共析F析出：4.3珠光体转变机理三.亚（过）共析钢的珠光体转变A在SE′与GS所包围区域内析出先析F相。A1C%TT1GSEE′G′伪共析先析F先析Fe3C先共析渗碳体析出：先共析转变完成后，在SE′——SG′内剩余A发生伪共析转变ⅠⅡT2ⅢA在SG′与ES所包围区域内析出先析Fe3C。PPPT2T2T2Fe3C+PPF+PT1T1T1转变产物转变温度合金Ⅲ合金Ⅱ合金Ⅰ成分返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT伪共析转变应用：1）加快冷速，提高P伪量，有助提高低碳钢的强度。2）通过快冷抑制过共析钢中网状渗碳体的析出冷速越快，转变温度越低，先析相越少，P伪越多。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT亚共析钢先共析F的形态过共析钢先共析Fe3C的形态网状片状等轴状（块状）网状片状A晶粒细小，转变温度较高（或慢冷）A晶粒粗大，转变温度较低（或快冷）A晶粒粗大，冷速适中魏氏组织片（针）状F（或Fe3C）＋P显著降低钢的力学性能，特别是塑韧性，必须消除——采用细化晶粒的正火，退火或锻造必须消除返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT网状铁素体网状渗碳体片状铁素体片状渗碳体返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT某低碳钢气焊热影响区过热段出现的粗大针状魏氏铁素体组织魏氏渗碳体组织返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.4珠光体转变动力学（等温）一.转变温度对珠光体形核与长大影响形核率和长大速度随T↘，先↗后↘。原因：（1）T↘，△T↗，驱动力△Gv↗，有利P形核长大；（2）T↘，△T↗，A中浓度梯度↗，P片间距↘，有利P形核长大；（3）T↘，△T↗，原子活动能力↘，不利形核。以上三者共同作用，曲线出现极值。返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.4珠光体转变动力学二.转变时间对珠光体形核与长大影响时间(S)0当温度T一定，形核率随t↗，先↗后↘。长大速度基本为定值，转变时间没有明显影响P转变量100％返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.4珠光体转变动力学三.珠光体转变动力学图550℃0温度时间(s)800600400200010410310210时间(S)转变量（％）T195%5%T2T3T4A1727℃T1T2T3T4T1T2T3T4返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT5506502s10s5s2s5s10s30s40s返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.4珠光体转变动力学三.珠光体转变动力学图与共析钢相比，亚（过）共析钢的C曲线上都多出一条先共析相的析出线，由于先析相的析出，降低了过冷A的稳定性，C曲线左移。亚（过）共析钢的TTT图亚共析钢过共析钢返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.5珠光体转变影响因素一、奥氏体成分与组织含碳量对C曲线的影响.swf（1）碳含量共析成分的C曲线最靠右（共析A最稳定），成分偏离共析点，C曲线将左移（先析相的析出，降低过冷A的稳定性）。成分偏离共析点越多，C曲线左移越多。（2）奥氏体晶粒度晶粒细小，可促进P转变（3）奥氏体成分不均匀性成分不均匀，有利形核，加速P转变返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT（4）合金元素除了Co，大部分使C曲线右移，降低P的转变二、外界条件（1）加热温度和保温时间加热T低，保温t短，将加速P转变（2）应力和变形拉应力和变形均加速转变4.5珠光体转变影响因素一、奥氏体成分与组织合金元素对C曲线影响.swf返回下一页上一页本章首页金属热处理原理及工艺,SMSE,CUMT4.6、钢中碳化物的相间析出相间析出：含有强C（N）化物形成元素的低中碳合金钢的A，在冷却过程中，有可能首先发生C（