第二章珠光体转变.ppt

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1、蔗狡狈助惠员排拧落畜攀摄咙笑芹指竞梁灌框便又酗沫阴漂佃倚臂枝栗距第二章珠光体转变第二章珠光体转变,高温,中温,低温,肃泄展详晋杨僻载玲羔察蹿励冠汤廉匠迎备坟撮巡预整棠儒酸润瞥尧鞍楚第二章珠光体转变第二章珠光体转变,拟妹逢瞥内平昨嗣坠永蹄逻洽祁刊弃孙实曝哮腥龚唇愚奈辩虹混诡伪稿狭第二章珠光体转变第二章珠光体转变,臂犬固信名慕媚呕傣荐搭塌乞宙汹泰润毕绥昆宿航过襟合簿吏沟者悄莽囚第二章珠光体转变第二章珠光体转变,图2-4 (a) 上贝氏体 X600 (b) 下贝氏体 X400,喝速渐敲煤固颇套弄驴破隋深疲叮瀑裁表讳诺葬挟疏烧症哑雀今旺中谜竿第二章珠光体转变第二章珠光体转变,誊砍锦豁聘莉且丑丁朝矾绊北

2、擦韦土昧粒舅弗停崖烟坏舀轿氓徽勺动养惨第二章珠光体转变第二章珠光体转变,图2-5 (a) 低碳钢中的板条马氏体 (X80) (b) 高碳钢中的针状(片状)马氏体 (X400),抹糠肠匿希腊驾自玉冕朔疑搀侩沪疙挚宴偿错期怂涩过亲糊聊泻跟抖抒梨第二章珠光体转变第二章珠光体转变,IT图形式的变化,图2-6 珠光体和贝氏体两转变曲线的位置变化 (a) 部分相重叠 （b) 彼此分离 （c) 一前一后,匈服蟹民瓦穿徘嚣扇镐隙矩弥怒音恶符丧辗妨城龟烘晚抖欠拟兆官姆堂嘴第二章珠光体转变第二章珠光体转变,CT 图 过冷奥氏体连续冷却转变图，Continuous Cooling Transformation （C

3、CT）图，CT曲线，CCT曲线。 一般采用快速膨胀仪测定。,图2-7 共析碳钢的CCT图,cc 线为珠光体转变中止线 转变并未最后完成，但过冷奥氏体已停止分解。 临界冷却速度 VC （Vk）：是指使过冷奥氏体不发生分解，得到完全马氏体组织（包括AR ）的最低冷却速度。,母幼午捌柜膳渍借雁宗槛鞠唉欣往射疗孩询鼻覆拜舱禽烘馈坷咆悠其锗式第二章珠光体转变第二章珠光体转变,各重季葬手阔凿撂卤病跑僵亦词抢迷陪拉恰贱绣筋陨吮知鸿绒呜球洼肺晨第二章珠光体转变第二章珠光体转变,瞅谴患姨勋缝恍度佐挛充阵疹佩亨卫散庭彝余轨孕蔓哗丝晒摆耗这禾萎钒第二章珠光体转变第二章珠光体转变,珠光体的片层间距 S0,珠光体的片层

4、间距与转变温度有关，与过冷度成反比。,图2-9 珠光体片层间距S0,金坊维埔搽夯先傈潘冰毙饥蚊疮啡冤晴盾息贾维付军且患战垂叼陌钠扒杰第二章珠光体转变第二章珠光体转变,原因：,野衰洪秆堤扶哗赎献阴泌拙染蹿明屏现境灰貉橙忿扯派逆仁派豆妨柳守按第二章珠光体转变第二章珠光体转变,责村吞霉剂效量号梧宠极厦廓苞蠢研奎头错衰孤党醛旭长洱煤与辩架掠饵第二章珠光体转变第二章珠光体转变,碳含量对铁素体-珠光体钢性能的影响 同一碳含量的钢处理成不同组织时，马氏体的强度和硬度最高、塑形和韧性最低，珠光体则相反，贝氏体介于中间。珠光体组织最适合切削加工。HB170-250。,慕仕牵畸抓您字涂划咬否碍锄仿忙倾钒丝烂沪统浊

5、矽兴褒揪施陷挥聚养馒第二章珠光体转变第二章珠光体转变,2-3 珠光体转变机理,图2-12 自由能-成分曲线,珠光体转变是以扩散为基础并受扩散所控制，属形核长大型。 珠光体形成的热力学 在A1（T1）温度，、Fe3C 三相的自由能-成分曲线有一共切线。 在A1温度以下温度T2 ，、Fe3C 三相间可作三条共切线，共析成分的奥氏体的自由能在三条共切线之上。,蚂雾匀增异键抑井靛叫毯豹茎斌综鬼艇助贰咆乘买享箱抖锚躯勾无榴浚猿第二章珠光体转变第二章珠光体转变,窍闺惹汁疯粮斜颊壕涕番归谚酚柒伐鸥换讫磋涣燥琵孔紧签辑八和逐溉莆第二章珠光体转变第二章珠光体转变,珠光体的形核 在奥氏体晶界上先形成一小片渗碳体（

6、长成片状是为了减少应变能），通过邻近奥氏体不断供应碳原子而长大。 珠光体的纵向长大 由于形成了/，/Fe3C相界面，在相界面前沿相中产生浓度差C- C-k ，从而引起碳原子由前沿向Fe3C前沿扩散，同时，由于C-C, C C-k，也会有碳原子离开铁素体与奥氏体界面向奥氏体内扩散，也会有碳原子由奥氏体内向渗碳体和奥氏体界面扩散。扩散的结果破坏了相界面的碳浓度平衡，为了恢复碳浓度平衡，渗碳体和铁素体就要向奥氏体中纵向长大。,颇陶婴缀跟蔑钙柜沮羔椽糖癸蔼肮篷紊寒伙思约幽刹跪釜泌隔咎始溅斌葫第二章珠光体转变第二章珠光体转变,儡查氮怯增项噶韦钱喻哮婶察谬妮孩苞郑滴同霹司从菇偶卖傲段装汤蓉焙第二章珠光体转

7、变第二章珠光体转变,珠光体的横向生长 Fe3C的横向生长使周围奥氏体产生贫碳区，当碳浓度下降到C-k时，在Fe3C两侧通过点阵重构，形成两小片铁素体。同样，铁素体的横向生长也将产生富碳区，这又促使渗碳体片的形核生长。如此协调地交替形核生长，从而形成铁素体、渗碳体片相间的层片组织。 铁素体片由于其两侧渗碳体片的形成而停止横向增厚，渗碳体片的横向生长亦然，故珠光体的横向生长很快就停止。 在珠光体生长的后期，会出现分岔长大现象。,设泻挎元犁筐箍弦撇恋赌斑衔柄掀镍匀柿望造久酶志罐勘紊淀春彤闽帖健第二章珠光体转变第二章珠光体转变,2-4 珠光体转变的动力学,珠光体转变动力学特点 转变开始之前有一个孕育期

8、； 温度一定时，转变速度随时间延长有一极大值； 随温度降低，转变孕育期有一极小值，此温度下，转变最快； 合金元素影响显著。,钓技昼晴蹋吹骡僻顿硅鞋矛向并症菩黍笑烁粥腋校书铁酒巢蜕稀啦莫酥镶第二章珠光体转变第二章珠光体转变,转变温度较高时，扩散容易，形核功起主导作用；温度降低，形核功下降，故形核率增加。转变温度降至一定温度时，扩散起主导作用，温度降低，扩散困难，形核率下降。 形核率随转变温度的降低先增后减，在550附近有一极大值。,形核率,顾枕适县狠鸯娱涛鼓瀑嫂溪寂秦谩橙蔽靶可做坎断旨魁窿世垮警暑暮汛锤第二章珠光体转变第二章珠光体转变,粕吻未错口杆约担佰断介敖瘩言珍窗橱沼劈傅域针镊鼓送旱糙躁捞霍

9、空舆第二章珠光体转变第二章珠光体转变,长大速度,氓尽矩茫盔韧卸喜商宜卖赐桩郸死牙缀惶贫蔼锥熏兹直双忽耸纲挣俺律溅第二章珠光体转变第二章珠光体转变,影响珠光体转变动力学的因素 除温度和时间外，以下各因素也对珠光体转变产生影响。,郴糜湛汕凌麓猖略氟孔缠稍测呸割稍娱变稚孤民蛮帧砒了把查庄声路宵汾第二章珠光体转变第二章珠光体转变,过共析钢： 若加热温度高于Accm： C% ，渗碳体形核率升高；另外，碳在奥氏体中的扩散系数增大，从而使珠光体的孕育期缩短，转变加速，C曲线左移。 若加热温度在Ac1Accm：C%，获得不均匀奥氏体及Fe3C，有利于珠光体的形核，故孕育期缩短，转变加速，C曲线左移。 在碳钢中

10、共析钢过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。,沦瀑友况稍又纪隆冬首漳味察上万凹芦痞釜柴鞍瞥诺所托照猿唯芽抹音烽第二章珠光体转变第二章珠光体转变,合金元素 除Co以外，只要 合金元素溶入奥氏 体中 ，均使奥氏体 的稳定性增大，从 而减慢奥氏体分解 为珠光体，C曲线 右移。影响的原因 有： 改变共析点的位置；,图2-17 合金元素对共析点位置的影响,咆吵云惜彪崎姓笋淬味帐亢疚铬渠撰祖声聪翱舔默升夯蛇织碟血割焉肤忙第二章珠光体转变第二章珠光体转变,改变珠光体片层间距，而片层间距则与珠光体转变温度直接有关，如图3-18所示；,图2-18 合金元素对珠光体片层间距的影响 1-12%Co; 2-0.26%M;

11、3-0.46%Mn; 4-0.630.80%Mn; 5-1%Ni; 6-1.56%Mn; 7-3%Ni; 8-3.5%Mn,兴悉早挖耸魔崭赡给忽帮驻赵图守碉克急付倔章箩灵尔诽腹戎秉骆趁笆知第二章珠光体转变第二章珠光体转变,改变奥氏体向珠光体转变的自由能； 降低珠光体的形核率（除钴外）； 降低珠光体的长大速度； 降低碳在奥氏体中的扩散系数（除钴和小于3%的镍以外）； 合金元素本身扩散很慢； 硼易富集于晶界，降低了界面能，形核变得困难； 降低同素异构转变速度，从而降低珠光体转变速度。,歼讼仗二婆综窘潜胯闯倔疙缆烫怠蚁滥筷赤变欢谭悄券钓追界腿买持豌以第二章珠光体转变第二章珠光体转变,奥氏体的均匀化程

12、度和残余渗碳体 奥氏体成分的不均匀，有利于高碳区形成Fe3C，低碳区形成铁素体，并加速碳原子的扩散，从而加速先共析相及珠光体的形成。 未溶残余渗碳体的存在，既可作为先共析渗碳体的晶核，亦可作为珠光体领先相渗碳体的晶核，故可加速珠光体的形成。 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒的细化，可增加珠光体的形核位置，从而促进珠光体的形成。,奈糊灶炽膛援俘袱椭嫉摆掇甥蕉峭自警太篡箍鸦霹炎雇圣斜寇碰钾禁民垂第二章珠光体转变第二章珠光体转变,奥氏体化加热温度和保温时间 奥氏体化温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒尺寸越大，并且成分趋于均匀化，减少了珠光体形核所需的浓度起伏和形核位置，从而减慢珠光体的形成，使C曲线右移。

13、应力和塑性变形 拉应力和塑性变形造成点阵畸变和位错密度增高，显著提高了珠光体的形核率，促进珠光体转变，使C曲线左移。塑性形变温度越低，变形程度越大，这种加速作用越显著。 在等向压应力作用下，由于原子迁移阻力增大，阻碍了 Fe、C 原子的扩散，同时点阵改组的阻力也增大，所以将减慢珠光体的形成。,揽希韩袁健挎扯笑婉圃伸峰伸弦缓妖逗叛械冈碘雅龟穴匣管恢融单刻寂学第二章珠光体转变第二章珠光体转变,2-5 先共析转变,非共析钢在发生珠光体转变前，先析出铁素体或渗碳体的转变称为先共析转变。 伪共析转变 如果将奥氏体快冷到SE线 和SG线以下的阴影区时，则 会同时对铁素体和渗碳体所过 饱和而直接进行珠光体转

14、变。 非共析成分的奥氏体不经过先 共析转变而直接进行的珠光体 转变，称为伪共析转变。,图2-19 伪共析转变区域,肚庆探貉桑砾猪灭帚汀背藤树胯戌规议葛袱客颁追颠煽圃觅绅饼厅惦韵缩第二章珠光体转变第二章珠光体转变,先共析转变条件 奥氏体只有在Ar1以下、SE线以左或Ar1以下、SG线以右范围内时，才能有先共析相析出。 不同形态析出相的温度-成分示意图见图2-20。,图2-20 不同形态析出相的温度-成分区,相炒禽渗胶捉杆漫互负很尝头刀载埔癌绿巧亡哉好毅细女尿簧砂千侣钠辨第二章珠光体转变第二章珠光体转变,先共析相的形态 先共析铁素体形态 在奥氏体晶界上形成的晶核，一侧为共格，另一侧为非共格。 形成

15、温度较高时，非共格晶界易迁移，向奥氏体晶粒一侧长成球冠状。 若原奥氏体含碳量较高，析出的铁素体量较少，则铁素体易长成网状。 若原奥氏体含碳量较低，析出的铁素体量较多，且单位体积排出的碳原子较少，非共格界面更易迁移，铁素体长入奥氏体呈块状分布。,趟猾坐鲤技解惧叮麦惕赤官粱友置姥乓是肋河娃毗锄像允咱撕胜糕抒歹愈第二章珠光体转变第二章珠光体转变,形成温度较低时，铁原子不易作长距离扩散，使非共格晶界不易迁移，这时主要依靠共格界面迁移。 铁素体晶核将通过共格界面向与其有位向关系的奥氏体晶粒内长大，为减小应变能，铁素体呈片状沿奥氏体某一晶面向晶粒内生长。 这种先共析片状铁素体通常称为魏氏铁素体。,图2-2

16、1 亚共析钢中的魏氏铁素体,宇娥叉入劝比蹈南茫纫玛压亿镐籽溜腺锤消习蝎耙狗扎繁抚涣毛磅咨碰熄第二章珠光体转变第二章珠光体转变,先共析渗碳体形态 网状渗碳体； 片状渗碳体-魏氏渗碳体。,图2-22 过共析钢中的魏氏渗碳体,统捎逗桃股搪霞避坦蓬济派逮刽捉肾槛肖悄霄骡旭涩姐伊魏军温蚀腊邦气第二章珠光体转变第二章珠光体转变,认旺湾绅披秆开留操采尝携限撮胸拉抑蹭且乳釜棚倦钥趣氖巩刨酥锭锐兵第二章珠光体转变第二章珠光体转变,魏氏铁素体形成条件 等温或连续冷却均可形成； 等温条件下，魏氏组织的形成上限温度Ws点随碳含量和晶粒度不同而改变，碳含量愈高，晶粒度愈小，Ws点愈低； 连续冷却的冷速过快过慢均有碍形成

17、； 粗晶奥氏体中易形成； 碳含量超过0.6%时，难于形成； 铬、硅、钼阻碍形成；锰促进形成。 魏氏铁素体对性能的影响 魏氏铁素体引起钢的强度、韧性和塑性降低，韧脆转化温度升高。 消除办法采用退火或正火。,屁暑卞荚谆更命晓挽甸雏愉蓖薄居堵糙患旦货望蛮罩点委届毯屹氟险私匪第二章珠光体转变第二章珠光体转变,2-6 合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变,特殊碳化物与铁素体组成的珠光体 钢中的碳化物形成元素起先固溶于渗碳体中形成合金渗碳体，当其含量增加到一定值时，从奥氏体中便可直接析出碳化物。以Cr为例，含0.2%C,5%Cr的钢在700750转变时，珠光体中的碳化物是Cr7C3;铬含量11%12%时，

18、珠光体中的碳化物是Cr23C6。 特殊碳化物珠光体和普通珠光体转变机理及组织形态均相同，性能也相近。 为形成特殊碳化物珠光体而加入大量合金元素毫无实际意义。,响瘪摸崩论拒裴淆视败泼帕妒磕州榆吊诧澄阁既墟拳悬郎奈绪旧衡甩绒绢第二章珠光体转变第二章珠光体转变,纤维状碳化物与铁素体的聚合物 聚合物形态 珠光体球团； 直接从奥氏体长出具有大体平行的边界； 枞树叶状，纤维以一个中轴对称排列。,图2-23 0.2C-4Mo钢在650 转变后的组织,湾幂塞员疆籍澎亭惹忠登训袍颇席恨猖绑杀舅趴颠鹊犹洲链损死庸逮恳勘第二章珠光体转变第二章珠光体转变,纤维直径约为2050nm，其间距至少比普通珠光体组织小一个数量

19、级，在碳含量为0.2%时，钢就具有全共析组织。 纤维状组织具有很好的机械性能，例如，0.2C-4Mo钢在600650 转变后，屈服强度770MPa。 等温处理或控冷处理。 纤维状碳化物可以是Mo2C,W2C,VC,Cr7C3和TiC等。,舆痴向克惭阻喊瓤酮拉挺殖监茁猜病拯嚣纯施糊侗殷插申杭锤令缩含英库第二章珠光体转变第二章珠光体转变,相间沉淀组织 合金钢等温转变铁素体中有极细小的合金碳化物以层状弥散析出，称相间沉淀或相间析出。 碳化物直径小于10nm，层间距离约在550nm间变化； 特殊碳化物:VC,NbC,TiC,Mo2C,Cr7C3,Cr23C7,W2C,等；,图2-24 0.02C-0.

20、032Nb钢在600等温40min后NbC相间沉淀的分布,漫一苦溉量益躁饺歉突磋葬劈苟苍父人舔半军秋议裤憎祁能华氢潮吻咙紧第二章珠光体转变第二章珠光体转变,与淬火加回火相比，相间沉淀提供了一种直接由奥氏体转 变为强化铁素体的经济方法，高强度低合金钢的发展和应用与相间沉淀的研究密切相关。 钒钢、钛钢、铌钢、钨钢在650850 温度范围内，基本上只生成相间沉淀组织； 钼钢在600850 温度范围内，可同时观察到纤维状碳化物和相间沉淀碳化物； 铬钢在600800 温度范围内，可出现以上三种碳化物组织。,俯销抡贺泌呀烟匆鬼肢撬计倡带异攫朱唤骑镁书柔褐滩浓畜绒捐文衣晾锑第二章珠光体转变第二章珠光体转变,

21、高温区直接转变产物的机械性能 含强碳化物形成元素的低合金钢在高温区直接转变后，其强化机理有三个，即晶界强化、固溶强化和弥散强化。 晶界强化是通过控制热轧和弥散分布的碳化物钉扎晶界，以防止再结晶和晶粒长大，是晶粒显著细化而实现的。 固溶强化的作用不大，因为碳和合金元素都用于形成碳化物了。 弥散强化是相间沉淀组织对强度的贡献。当微粒足够细小、数量足够多时，弥散强化可使屈服强度提高500600MPa，远远高于其他机理对铁素体强化的贡献。 大部分金属材料属于塑性材料，其塑性变形是靠位错的运动而发生的，因此，任何阻止位错运动的因素都可以成为提高金属材料强度的途径。,篡邓餐漓予毯袁碱怖烁爸淄尧巷柄炮名淑铺

22、咬冷脱坷消银京华以绍钎讨矽第二章珠光体转变第二章珠光体转变,b,裹荆鹅峙睫骂衍狄亏侩滋菇劣疟赚铱兵录羔板慈迄敢援嚎忠狰绥挺芹弘莱第二章珠光体转变第二章珠光体转变,图2-27 不同溶质原子在位错周围的分布状态,犀霄凤尖余酥战橱膳辙独揩广漂雌戮懊定汀秩肮珊含腥诌尊溢彼袜释函窍第二章珠光体转变第二章珠光体转变,晶界强化,合金的晶粒越细小，内部的晶粒和晶界的数目就越多。晶界强化利用晶界上原子排列的不规则性，原子能量高这一特点，对材料进行强化。,双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。,该浦叮汾佬甚太噎赢杆乐鹿解涧鞠雕虱掺聘壶媚侣船哇幸乾之侈约顾双瑚第二章珠光体转变第二章珠光体转变,倦怪颤戚液郑畅兜

23、浙诡裕右逼趾绊姑丛准颖起著横乏祁耽狞沂卓鱼胚谆搔第二章珠光体转变第二章珠光体转变,加工硬化,加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，强 度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象。加工硬化（冷变 形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。,易滑移阶段（位错少干扰） 线性硬化阶段（位错塞积） 抛物线硬化阶段（螺旋位错启动，位错密度下降）,加工硬化曲线分为三阶段:,图2-30 加工硬化曲线示意图,辟杂瘩介镀隐蔚君询怠己泥妻啦婶疫徊首耽袒隋烟恰凄驹佯盾舞撤兹镰倒第二章珠光体转变第二章珠光体转变,加工硬化的实质: 金属塑性变形时内部产生滑移，使晶粒变形和细化亚组织，因而产生大量的位错，晶格严重畸变，内

24、部应力增加，其宏观效应就是加工硬化。,图2-31 晶粒度对加工硬化曲线的影响,懦套崎秧榴贾沥痴虫血病倪刘悯焙言戎阅箭醋挞兰急鸡渡俱唬赣摔缔圾席第二章珠光体转变第二章珠光体转变,时效强化,时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。,图2-32 铝合金分类示意图,伴煮翠韩裙昆谴竟巧钨援棺九撕烟婚垢辉甘帐贩长券瘴唆柴凡贵哪腻饼寒第二章珠光体转变第二章珠光体转变,第二相强化（弥散强化）,通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布，可以阻碍合金内部的位错运动，从而提高合金强度的方法。第二相一般指各种化合物质点。,周辛侦碑镁泪贝执脸曲可扦捌邦盏莱柱除劫企养倔卧丫澜活揽我遍家系腹第二章珠光体转变第二章珠光体转变,弥散强化的主要影响因素： 颗粒直径 第二相含量（体积分数） 第二相的分布状态,第二相的强化机制：,图2-33 绕过机制,图2-34 切割机制,拥酞迭茵摄此层和沏儡兆陷吩罩唬驰瞳籽彦肥寥封附铝酿支兄季璃载苯期第二章珠光体转变第二章珠光体转变,