钢中奥氏体的形成.ppt

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1、第二章 钢中奥氏体的形成,奥氏体化： 加热转变与奥氏体的意义： 本章：了解奥氏体，讨论平衡组织加热时奥氏体形成规律，非平衡组织加热时奥氏体的形成,奥氏体：钢中的奥氏体是碳溶于-Fe形成的间隙固溶体， C原子在-Fe八面体中心空隙，即fcc晶胞中心或棱边中点,第一节 奥氏体的结构、组织和性能,辙癌料隅幌鞋惦梁敝数谰妄特万篆冈制诡茂馒迂县喝竹粪扬敝奋裕抉危苇钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,间隙大小：-Fe点阵常数为3.64时，最大空隙的半径为0.52，C原子半径0.77 奥氏体点阵常数：C原子进入空隙后，引起点阵畸变，点阵常数增大。溶入碳越多，点阵常数越大。,桓舵袍昔村挫女碳若司济呐岗酝腺恶休饥

2、憾颊扎探履磋姬贵教痒完涅探承钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,碳在奥氏体中最大溶解度：2.11wt%（1148oC），而不是八面体空隙被填满时的17.7wt%。按最大溶解度计算，大约2.5个-Fe晶胞中才有一个C原子。 合金钢中的奥氏体：是C及合金元素溶于-Fe中形成的固溶体。Mn、Si 、Cr、Ni、Co等合金元素溶入-Fe后将取代Fe原子形成置换式固溶体，引起点阵畸变和点阵常数变化。所以合金奥氏体的点阵常数除与碳含量有关外，还与合金元素的含量及合金元素原子和Fe原子的半径差等因素有关。 稳定存在温度：Fe-C合金：727以下不稳定相 Fe-C合金中加入足够数量的扩大相区的合金元素，室温、室

3、温以下稳定 奥氏体钢：能在室温下以奥氏体状态使用的钢。奥氏体呈顺磁性，无磁钢 奥氏体的物理性能：密度最高，比体积最小，线膨胀系数最大，导热性能最差，加热速度？ 滑移系多，屈服强度低，易塑性变形，塑性成型？,爬韦帛胸枷很襟归椎纽翌耘疯辅叮凰饲裁弓腮抚大寐获大膝硷咒聊呀斟良钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,Fe-Fe3C相图： A1以下： A1以上： 继续升温： 亚共析钢 过共析钢 奥氏体的成份沿GS和ES曲线变化 GSE线以上，单相奥氏体。,第二节 奥氏体形成的热力学条件,品罪砚蹦乾缆傻燥陌躲炯穆心煌堂屹业投康咱瘪欢餐谎裔猎蹬倒哇蔡乐蚀钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,相变驱动力： Gv 系统自

4、由能变化： G=VGv + S +V Gs V： S： ：单位面积界面能 Gs：应变能 注：奥氏体在高温下形成，应变能较小，相变的阻力主要是界面能 共析钢奥氏体和珠光体的体积自由能随温度的变化曲线：交于1点（727C） 727C时，两相自由能相等，相变不会发生 高于A1时，Gv为负值，珠光体将转变为奥氏体。反之奥氏体将转变为珠光体。 相变必须在有过热（过冷）的条件下才能进行,番启墟妄祟处搜揩冈苞器找铁风继峪婆尧矣柔饮椅郝煞饵唇院竟筏恶琵实钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,加热(冷却)速度对临界点影响： 加热（冷却）速度越大，过热（过冷）程度也越大。 加热和冷却时发生转变的温度（即临界点）不在同

5、一温度 加热时的临界点：Ac1，Ac3，Accm, 冷却时的临界点：Ar1，Ar3，Arcm,加热速度和冷却速度为0.125/min时，临界点的移动,红萌免粱挂搜盎剂抽龋战绿澄瞄端竿珐指醉卑巩慧疼核间拒州蝴荆浸高惦钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,共析成分珠光体：加热至Ac1以上，将转变成单相奥氏体,第三节 奥氏体的形成机制,碳的扩散与重新分布、点阵重构： 三者点阵结构相差很大，碳含量也不一样 转变全过程分为四个阶段： 奥氏体晶核形成、奥氏体晶核长大 渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化,即仅溅径褪想帮翁弗律匙挠玄愈磨肿靶枷涣垂经匝彝盅后委糕体遂沉肚锑钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,一、奥氏体晶核的

6、形成 形核位置 共析钢中：通常形成于铁素体和渗碳体交界面 优先部位：珠光体团边界，珠光体与先共析铁素体间的界面 亚共析钢中 过热度小，优先在珠光体团界、铁素体/珠光体界面形成 过热度大，也可以在片状珠光体团内部铁素体/渗碳体界面形核 快速加热，过热度大，奥氏体临界晶核半径小，成分范围大， 故也可在铁素体内亚晶界上形成。,亚共析钢中奥氏体形核 两相区加热 单相区加热,鲁闲殴扼粘铲省世蹦瘦混揪献形归殆炼边耸注挑耿申测佃缄挺窟淹旺箩砂钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,，,20CrMnTi钢淬火+高温回火组织(+Fe3C) 加热到两相区时奥氏体的形成,超氖筑韶哭掌橇恕墨鞠驴该衙训踏脾骇孕黑彤翠卡础澄箱

7、亮江碎辕蓉度衣钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,二、奥氏体晶核的长大 A在F和Fe3C界面形成，长大时-和-Fe3C相界面推进 奥氏体核在T1形成，相界面平直，界面处各相的碳浓度 C-：与A接触的F的C浓度 C-c：与Fe3C接触的F的C浓度 C-：与F接触的A的C浓度 C-c：与Fe3C接触的A的C浓度 Cc-：与A相接触的Fe3C的C浓度（6.67%）,奥氏体内：出现碳浓度梯度， C从高浓度的奥氏体/渗碳体界面向 低浓度的奥氏体/铁素体界面扩散 铁素体内：C在奥氏体中扩散的同时，也在铁素体中扩散. 这种扩散同样也促进奥氏体的长大，但作用甚微。,厨笛帘王看跨宅癸涣窿榷爽井谦碍邹眩妆抑糙紫汁晰

8、央蚤碱最万耿导擒痈钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,共析钢奥氏体晶核长大示意图 a) 相界面推移示意图；b) 奥氏体在T1温度形核时各相中C浓度,疙主洋硼融异亭语侣趾苟叼吕振痪资伸梳磕备靳零之啄芒炎习猖诗孪这平钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,三、渗碳体的溶解和奥氏体的均匀化 Fe3C溶解 奥氏体核形成后，向Fe3C中长大的速度较低，铁素体全部消失后将残留一部分Fe3C 随保温时间延长，残留Fe3C将继续溶入奥氏体 奥氏体成分的均匀化 Fe3C溶解结束时，奥氏体中仍存在C浓度梯度，继续通过扩散过程消除，称为奥氏体均匀化。,贯遇郸帚豁癌涸厩茧付携它滑震灵傲赦鸳缠署匈疟艳氢舒阻肋璃左取船谎钢中奥氏

9、体的形成钢中奥氏体的形成,奥氏体形成速度取决于形核率N和线生长速度v。 在等温条件下，N和v均为常数。 一、形核率 在奥氏体均匀形核的条件下，形核率N与温度T之间的关系为：,第四节 奥氏体等温形成动力学,C常数； Gm扩散激活能； T绝对温度； k波尔兹曼常数； G*临界形核功； 转变温度升高，形核率N迅速增大 原子扩散能力增加、相变驱动力增大，临界形核功G*减小、 奥氏体形核所需要的C浓度起伏减小。 提高加热速度，奥氏体晶粒细化 奥氏体形成温度升高，奥氏体形核率急剧增大,相轮始灸疵恋妊弟欧羔系整猴抄歼歪迹勘福甭抠甩沟镣淆麦再椭臀碱付菜钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,表2-1 奥氏体形核率N

10、和线生长速度v与温度的关系,涉再代列佛疾膨挺抠娇否武活零投弹欧老捡攫泣帅挥斌胃邻隅宏殖唤匿宵钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,二、线生长速度 与长大机制有关：碳在A中扩散控制，碳在F中扩散控制 长大受碳在A中扩散控制：A在F和Ce之间，两侧向F与Ce推移， 速度为两侧推移速度之和，取决于碳原子在A中传输速度 碳原子传输速度：碳在A中的扩散系数、浓度梯度 温度升高，扩散系数增加，浓度梯度则与A的厚度以及温度决定的 浓度差（C-c-C-）有关 由扩散定律导出A长大的界面推移速度,K常数 DCC在奥氏体中的扩散系数 dC/dX相界面处A中C的浓度梯度 C与F接触的A的C浓度 C 与奥A接触的F的C浓

11、度； C C与Ce接触的A的C浓度 负号表示下坡扩散,摊式练斡刮味封凌显滞弦宏宗奴匹硷枫粳渝裂悯酒注呛斡狞谓凡域检梯撞钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,A界面向两侧推移速度与D及dC/dX成正比，与界面两侧碳浓度差成反比T，D呈指数增加、C-c与C-差值增加而使Dc/Dx增加、 界面两侧碳浓度差（C- c - ）及（6.67- C-c ）均减小，故V 及V C均随温度升高而增加。,F位于A与Ce中间：A长大将受碳在F中扩散控制。同样可推导出V 为：,Dc : dC/dX: F中D大，但式中dC/dX小，所以长大速度很小,综上：温度升高，长大?,而蓖浇咬词罪厄宣惫舰怕臭牟梗儡旭园功赚仗适揖技保擦

12、嗡稽薯旬之拆饰钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,三 奥氏体等温形成动力学曲线 共析钢等温形成： 形核率N和生长速度v为常数 奥氏体等温形成动力学曲线：转变量与转变时间的关系，可得出各个温度下等温形成的开始及终了时间，温度越高，N和v越大，等温形成动力学曲线越靠左，等温形成的开始及终了时间越短，见表2-1。 奥氏体等温形成图：不同温度等温形成的开始及终了时间综合绘制在转变温度与时间坐标系上，TTT图,0.86%C钢奥氏体等温形成动力学曲线(a)和等温形成图(b),涩铸如左剪姜描贫洞支恿弃纳葛峨匡夏蚀饯谰绢登稍缉清最迂羌啤鲁怒我钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,A形成有孕育期 转变开始： 转变终了

13、： 图中终了曲线对应F全部消失时间， 还有渗碳体全部溶解、 A成分完全均匀化， 所需的时间都很长,图2-10 共析钢奥氏体等温形成图,眯棘陈蝇限甩腐键船菏醒执文士拼戏糙原钩暗羊捕佑称诵城医听奴姐讨曝钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,亚共析钢、过共析钢：P全部转变为A后，F或Ce继续转变 需要通过C原子在A中的扩散及A与剩余相间相界推移来进行 F转变终了曲线、Ce溶解终了曲线画在A等温形成图中 过共析钢的Ce溶解和A成分均匀化所需时间要长得多,奥氏体等温形成图 (a) 1.2%C钢) (b)0.45%C钢,宜字共亡处腮铃挤还骚疵块峪乾鸭墓嘉臼莆迪伪豁碎蓬汐浪瘴眯驳炭融差钢中奥氏体的形成钢中奥氏体

14、的形成,四、影响奥氏体形成速度的因素：温度、原始组织、化学成分等 影响A形核率、线生长速度，从而影响A形成速度 （一）加热温度 温度高，转变快 相变驱动力增大，C原子扩散快，N及V均大大增加，表2-1，A形成速度快 图2-10，奥氏体形成温度越高，转变的孕育期越短，转变完成时间也越短 快速加热细化晶粒 温度升高，形核率增速高于生长速度增速。表2-1， 转变温度从740oC提高到800oC时，形核率增长270倍，而线生长速度只增加80倍。 A形成温度越高，所得起始晶粒越细。 快速加热、短时保温等强韧化处理新工艺 高碳工具钢 温度升高，A/F界面向F推移的速度与A/Ce界面向Ce推移的速度之比也增

15、大。 如，780oC时，二者之比为14.8， 800oC时，为19.1（由式2-4计算）。 A形成温度升高，F消失时残留Ce量增大，A的平均碳含量降低。,帕牲掘遂喘践仓搏胯藉姚筋梆坷晤盈刺毫嫡柳邻诫酚料第震焕治绊忠美被钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,(二)钢的碳含量和原始组织 钢中C越高，A形成越快 钢中C增加，Ce增多，增加F/Ce相界面，增加A形核部位，N增大 Ce量增加后，C扩散距离减少 C和Fe原子的扩散系数也增大，这些加快A的形成。 但过共析钢中，Ce数量过多，随C增加，也会引起残留Ce溶解和 A均匀化时间的延长。 原始组织越细，A形成越快 钢成分相同，原始组织中Ce分散度越高，F

16、/Ce界面越多，N越大 Ce分散度高、P片间距减小，A中C的浓度梯度增大，扩散加快 760oC时，P片间距从0.5m减至0.1m，A线生长速度约增7倍 钢原始组织为屈氏体时，A形成速度比S和P都快 原始组织为片状P，比粒状P的A形成快 片状P中的Ce呈薄片状，相界面大，所以加热时A形核率高,巩掩煎诛寂还逃商荔钒鹰谊年娇趋俩铅扭填啡嫂鹏扁挝沸促刁看互匆哭古钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,不影响P到A转变机制， 影响：Ce稳定性、C在A中扩散系数，且在Ce和基体间分配不同 因此Me影响A的形成速度、碳化物溶解、奥氏体均匀化速度 影响扩散 强碳化物形成元素Cr、Mo、W等：降低C在A中扩散系数，显

17、著减 慢A形成速度 非碳化物形成元素Co和Ni：增大C在A中扩散系数，加速A形成 Si和Al：对C在A中扩散影响不大，对A形成速度无显著影响 影响临界点及A形成速度 Me改变A1、A3、Acm等位置，并使之扩大为一个温度范围，改变相变时的过热度，影响奥氏体形成速度。 如Ni、Mn、Cu等降低A1点，相对地增大过热度，提高A形成速度 Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A1点，相对地降低过热度，减慢奥A形成速度,(三)合金元素Me的影响,沾诉字呜碎澎凝晚梆旦叙这柿芜踢饼噎诊蔼弥鸵阅咀私技脑寞仟糊宗雪遥钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,影响珠光体片层间距、改变C在A中的溶解度 影响相界面浓度

18、差、C在A中浓度梯度、形核功等，影响A形成速度 Me在钢中的分布是不均匀 非碳化物形成元素主要分布在相中，如Ni、Si； 弱碳化物形成元素主要分布在Fe3C中，如Mn； 强碳化物形成元素主要分布在特殊碳化物中，如Mo、W、V、Ti等。 钢中含1%Cr时，退火状态下碳化物中约含5%Cr，而-Fe中仅含0.5%Cr，可见Cr主要集中在碳化物中。 钢中含4%Ni时，在退火状态下碳化物中仅含1%Ni，大部分存在于固溶体中。 Me在钢中分布的不均匀性，在碳化物完全溶解后也还存在 合金钢A均匀化，C均匀化外，Me均匀化。由于Me的扩散系数仅相当于碳的1/10001/10000，同时，碳化物形成元素还降低C

19、在A中的扩散系数，故VC、TiC等特殊碳化物更难于溶解。 因此，合金钢A均匀化过程比碳钢长得多。 为使合金钢A成分均匀化，较高温度和较长时间。,陀帜宾霄阶交罩僵仕旧低免起牵瘩剔属身染浩泌给薪夺甚酌蜕雍哺殉介舷钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,第五节 连续加热时奥氏体的形成 生产条件下，加热速度较快，A多在连续加热过程形成。 A形成过程可看成是许多等温过程的叠加。 与等温形成过程一样，经过形核、长大、残留Ce溶解、A均匀化四个阶段，但有特点：,祭蹿蛛娟凛咎抱甩刻劈瑶朴跑账菩路赢胡寂箱谊讥瞪狼临沼济谰握晨痒给钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,连续加热条件下A形成的热分析曲线,等速加热，A形成过程的

20、热分析曲线呈马鞍形。 加热速度不大：转变速度小，吸收的热量（相变潜热）q亦很小，外界提供热量Q等于转变消耗热量q，全部热量用于形成A，温度不再上升，出现平台，转变在等温下进行。 加热速度快：此时Qq，供给热量除用于转变外尚有剩余，将使温度继续上升，但升温速度减慢，因而偏离直线，如图中aa1段。 随转变温度升高，转变速度加快，转变所需热量增加，当达到q=Q时，将出现平台。随转变速度进一步加快，A大量形成，消耗大量热量，导致qQ，温度开始下降，出现a1c段；最后，转变速度逐渐降低，当Qq时，温度复又上升。,一、转变在一个温度范围内完成 钢连续加热时，A形成的各个阶段都是在一个温度范围内完成的，且随

21、加热速度的增大，各个阶段的转变温度范围均向高温推移并扩大。,裔趣沼吕符沼赫痈属康依远懊蚊莽蹭袖铂谁为赁烽昧淄局乃恐梢闻闭溪椰钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,提高加热速度，aa1段向高温推移，下降段逐渐消失，两者合并为一斜率较小的直线且随加热速度的进一步提高继续向高温推移并缩短。,0.85%C钢在不同加热速度下的加热曲线,毡募誓亨绽迟蔡宦贱橇街奔百杨剧刁惠脓伊请淌局惰镐戊咆坷幽档害派汲钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,二、转变速度随加热速度增加而增加 从图2-14中，得出不同加热速度下的A形成开始及终了的温度与时间。 将开始点及终了点连接成线，得出共析碳钢在连续加热时的A形成图。 加热速度越快

22、，开始和终了温度越高，转变所需时间越短，即A形成速度越快 连续加热时，P到A转变的各个阶段都不是在恒定的温度下进行的，而是在一个相当大的温度范围内进行的，加热速度越快，转变温度范围越大。,图2-15 共析碳钢连续加热时的奥氏体形成图（V1V2V3V4）,缘陶瞄朴导洗诞瓦竟蚌炮礁吃炯闯祭熄一墒柏座缉先扣事费躇萍犹馒阑柳钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,三、奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大 连续加热时，速度增加，转变温度高，C-减小，C-c增大：Ce来不及充分溶解，C和Me的原子来不及充分扩散。结果A中碳、Me分布不均匀 图2-16 加热速度和温度对40钢A内高碳区最高碳含量的影响 随加热速

23、度的升高，高碳区内最高碳含量也增大，并向高温方向推移。 原为P和F区域内的A碳含量差别增大，并且剩余碳化物数量增多，导致A基体的平均碳含量降低。,生产中可能出现： 亚共析钢：加热速度快，保温时间短，淬火后得到碳含量低于平均成分的M和尚未完全转变的F及碳化物，应注意避免，办法是细化原始组织 高碳钢：碳含量低于共析成分的低、中碳M及剩余碳化物，提高韧性,加热速度和温度对0.4%C钢A中 高碳区最高碳含量的影响,捍遵喘薯可凌胖盐情侗嘉掺曼词陷妒猾李暴捏蝶欢喊赊挺春剃议氮廉岸扮钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,， 。,四、奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化 快速加热，转变过热度增大，A形核率急剧增

24、大，线生长速度也随之增加，但较少，长大时间短，A晶粒来不及长大，立即淬火可以获得超细组织。 如，采用超高频脉冲加热（时间为10-3s）淬火后，在两万倍的显微镜下也难以分辨出A晶粒大小。 综上所述， 连续加热时，随加热速度增大，A形成被推向高温，A起始晶粒细化 同时，由于残留碳化物数量随加热速度增加而增多，故A的平均碳含量下降. 这两个因素均可提高淬火M的强韧性。 近年来发展起来的快速加热、超快速加热和脉冲加热淬火均是据此而发展出来的。,湖氯怠孪夯绷奉山教体聂萄狠束擅姻赵止舜匿芹笆脱强庐性募鼓机缎接阴钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,第六节 奥氏体晶粒长大及其控制 A晶粒大小对冷却转变过程及所得

25、组织、性能影响很大 了解A晶粒长大规律，控制A晶粒大小意义很大 一、奥氏体晶粒度 A晶粒度：表示A晶粒大小 n：放大100倍时，1平方英寸面积内的晶粒数（个/in2） N：A晶粒度级别 14级粗晶粒（晶粒平均直径为0.250.088mm）， 58级细晶粒（晶粒平均直径为0.0620.022mm）， 8级以上为超细晶粒。 随着控制轧制、控制冷却工艺的发展，已经很容易获得1112级超细晶粒钢（晶粒平均直径小于10m），性能大幅度提高 国家标准GB6394-86备有标准评级图,拉垒夷拳筑吊一捂擦滦凭枯甲足薄咖维摆代漏培茄独宁啡窿擦将丸技狂锄钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,三种A晶粒度： 起始晶粒度

26、：A形成过程刚结束时的晶粒度 取决于形核率N和线生长速度V， N/V值越大，n越大，晶粒越细,加热温度对奥氏体晶粒大小的影响,实际晶粒度：热处理加热终了时的晶粒度 取决于钢材的本质晶粒度及实际加热条件。加热温度越高，保温时间越长，越粗大 本质晶粒度：YB2764（93010oC、保温38h）的晶粒度： 本质细晶粒钢，本质粗晶粒钢 表示钢在一定的条件下A晶粒长大的倾向性，决定于钢种、冶炼方法等,颧磋函瑟幽煮腆谬昌栖婆浊硝依砂肃禽冤哥停狭翅舅狂焕盖凰慷测置唤缅钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,二、影响A晶粒长大的因素 A晶粒形成后，长大，规律：大晶粒吞并周围小晶粒而使总晶界面积减小 长大驱动力：界

27、面能减小，与晶界曲率半径和界面能有关。 晶界曲率半径越小（晶粒越细），界面能越大，A晶粒长大驱动力越 大，即晶粒长大的倾向性越强。 长大阻力：分布在晶界上的未溶粒子则对晶界起钉扎作用 可见，晶粒长大过程受加热速度、加热温度、保温时间、钢的成分、未 溶粒子的性质、数量、大小和分布，以及原始组织等因素的影响。,（一）加热温度和保温时间的影响 温度越高，时间越长，A晶粒就越粗大。 每一温度保温过程中都有一个加速长大期，一定的大小后，长大趋势将减缓直至停止长大。 温度越高，A晶粒长大得越快，也长得越大。,A晶粒大小与加热温度、保温时间的关系（0.48%C，0.82%Mn钢）,私花啄暇河训唤怖蘑布栈慨灌

28、把厦臀颐哀毒芋契电缺砧奢液共掀原呀竞鹏钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,A晶粒平均长大速度 （晶粒平均直径随时间的变化率）与晶界迁移速率及晶粒长大驱动力（总晶界能）成正比，与晶粒平均直径 成反比 K常数 k波尔兹曼常数； T绝对温度； Gm扩散激活能； 由可见，加热温度升高，A晶粒长大速度成指数关系迅速增大。同时，晶粒越细小，界面能越高，晶粒长大速度越大。当晶粒长大到一定限度时，由于 增大，减小，而使 降低，即长大速度减慢。,忻绝箭恫当庭弟脓凸噎耐灌琴钉米募竟辗小逻绵郸骆杭氰偏壳靠脆解循陶钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（二）加热速度的影响 加热速度越大，A形成温度越高，形核率与长大速度之比

29、随之增大（见表2-1），因此快速加热时可以获得细小的起始晶粒度。加热速度越快，A起始晶粒度越细小（图2-19）。所以，快速加热，短时间保温可以获得细小的A晶粒。 但如长时间保温，由于A起始晶粒细小，加之加热温度高，A晶粒很容易长大。,图2-19 奥氏体晶粒大小与加热速度的关系,适梭司圭洗曙讲革今龄逼愈役串疏蚜种竣才然撵疾驼佐卵钧她藕佩唉釜长钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（三）碳含量的影响 温度、时间一定时，A晶粒大小随钢中碳含量的增加先增后减，出现极大值。极大值与加热温度有关（图2-20）。 碳含量增加时，C原子在A中的扩散系数及Fe的自扩散系数均增大，故A晶粒长大倾向增大。 超过一定碳含

30、量，出现阻止A晶粒长大的二次渗碳体，故随钢中碳含量的增加，二次数量增多，阻止A晶粒长大，使A晶粒度增加。 过共析钢在Ac1-Accm之间加热时，可以保持较为细小的晶粒，而在相同的加热温度下，共析钢的晶粒长大倾向最大，这是因为共析钢的A中没有未溶二次。,图2-20 钢中碳含量对A晶粒长大的影响（保温时间均为3h）,揪议铣嚣拱傅炽妇杀水矿数鲍驴空踩毯猩舜倒腿桃暇凤拟溃历上属歪趟漆钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（四）合金元素的影响 Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta强碳、氮化合物形成元素，形成熔点高、稳定性强、不易聚集长大的NbC、NbN、Nb（C、N）、TiC等化合物，阻止晶粒长大 W、Mo、C

31、r等形成较易溶解碳化物，也能阻止A晶粒长大，影响程度中等。 不形成化合物的Si和Ni，影响很小，Cu几乎没有影响。 Mn、P、C、O：一定限度以下时，增大A晶粒长大倾向。,未溶粒子阻力，与粒子体积分数及A晶界的界面能成正比，与未溶粒子半径成反比，未溶粒子量越多，越细，阻力越大。 曲面晶界提供的A晶界移动的推力决定于界面曲率半径。A晶粒长大，晶界曲率半径增加，推力降低，当降到与未溶粒子提供的阻力相等时晶界停止移动，停止长大。 加热温度超过未溶粒子溶解温度，粒子消失，A晶粒将迅速长大 本质粗、细晶粒钢差异：脱氧方法： Al脱氧 Si、Mn脱氧 少量Nb、V、Ti,Ti、Zr、Nb、V、Al对A晶粒

32、粗化温度的影响,畴捻娱壬鄙利董稿攒朽单拌煽响滤呕遥笼心昼楚包培揭刷惟审匹湘吩组肿钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,三、钢在加热时的过热现象 过热：热处理加热不当（温度过高、时间过长），引起A实际晶粒度粗大，随后淬火或正火时得到十分粗大的组织，从而使钢的机械性能显著恶化（如冲击韧性下降，断口呈粗晶状等）的现象。 钢过热，在淬火时极易发生变形和开裂 过热返修： 如过热A冷却转变成M等非平衡组织，则很难用上述方法消除过热。,返记沾狞眷甚柑垂揩舱刚铭委暂灿夯当葵领险贾官听夺尝嗜剧棕兔砷获宇钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,第七节 非平衡组织加热时奥氏体的形成 非平衡组织（M、B、M回、W等）加热， A

33、形成初期获得针状和颗粒状两种形态A晶粒，影响最终晶粒粗细等 形成规律：与钢成分、原始组织、加热条件等有关 以板条M为例，讨论非平衡组织加热时A形成,一、针状奥氏体的形成 低、中碳合金钢，板条状M为原始组织，Ac1Ac3间，慢速和极快速加热时，在M板条间可形成针状A。原A晶界、M束界及块界则形成颗粒状A。 慢速加热，针状A常在M板条边界上处形核，沿板条界长成针状A,非平衡组织加热时形成的针状奥氏体,蝇船痰杂甩钱堡跟追此耸升履抚盖秃比橙拼型扯雷蝗版亩歧诵铀卢示榜胶钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,一束M板条中的板条间形成的针状A可能具有相同的空间取向，且都和M板条保持K-S关系： (111)/(0

34、11)；011 /111 ,延长时间、提高温度，同一板条束内的针状A可长大合并为一个等轴A晶粒，但仍可在观察到针状A的痕迹。 不同点：（1）在原A晶界上存在部分细小的等轴A晶粒；（2）在原始A晶粒内也存在与周围A向不同的孤立的等轴A晶粒，它们可能是在M束界、块界或夹杂物边界上形成的,针状A在板条M基体上形核长大过程示意图 a) 析出Fe3C的板条M；b) 针状A形核；c) 针状A合并长大；d) 粗大A晶粒复原；e) 淬火后获得的粗大板条A,炙昆凰兵谷哉桓逻跺社办柜淖腊吱躲婆道袄酱几亨雹踪办厢枢辕刚赔斌职钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,形成针状A的先决条件： 原始组织中的M板条加热到Ac1以上

35、时未再结晶，板条特征保留 如Ac1Ac3之间，M板条已再结晶，板条特征消失，不形成针状A，原始A晶粒不复原 形核机制：由上述归纳出 慢加热，针状A形核前，M已分解，沿板条界析出Fe3C，但基体并未再结晶，为先决条件 A核一般在有Fe3C的板条界形成，沿板条界长成针状A。 新形成的A核与F及Ce都保持晶体学位向关系，故只可能只有一种取向，可能合并。 极快速加热：少量残余A来不及分解，为A核，长成的针状A具有相同的空间取向，能合并成大晶粒。,扰恩敬俩姐占仙医皆净氯颂瓦盎杂架楷匙爪盎氰骇搁贩汞杜交巡算枫樊峨钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,二、颗粒状奥氏体的形成 中速加热时形成： 非平衡态组织加热到

36、Ac1Ac3之间或Ac3以上，将在原A晶界、M束界、块界，甚至板条界通过扩散型相变形成颗粒状A。 淬火M中的束界、块界和板条界等形核位置较多，形成颗粒状A往往很细,三、粗大奥氏体晶粒的遗传性及其控制 钢的组织遗传： 粗大非平衡组织加热，一定条件下，新A晶粒可能继承和恢复原粗大A晶粒 结果： 粗大组织遗传，钢的韧性得不到恢复，断口仍呈粗晶状，过热组织的影响在重新A化后未能消除,拷脏交胶农算钝裹瞄辩绝极祸雍泳成翘琐已欲阳曳乾皑麓谷慈捞诅可困康钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（一）影响钢组织遗传因素 1、原始组织 当原始组织为P类型组织时，一般不发生； 原始组织为非平衡组织时，组织遗传较普遍。其中

37、以贝氏体较马氏体的组织遗传性强。 合金结构钢容易得到非平衡组织，所以容易出现组织遗传。 2、加热速度 非平衡组织的合金钢加热，不论是慢速加热还是快速加热都容易出现组织遗传现象，只有采用中速加热时才有可能避免出现组织遗传。,加热速度对组织遗传的影响,赘点湛贷莹瘴钵暖屿厢尺及贝鸳堤畦幂箍捉诞澈扭螟盔憾刨恒道整舒昆亚钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（二）断口遗传 断口遗传：消除了组织遗传后，A晶粒细化，但断口粗大，细晶粒组织出现粗晶断口,如，30CrMnSi和37CrNi3钢经1280oC加热淬油，A晶粒为1级，再次以100200 oC/min的速度加热至860oC水淬，A晶粒已经细化至68级，但

38、断口仍是粗大的。 断口遗传按形成机制可分为四类：,1. 石状断口。过热钢中的MnS等将溶入奥氏体中，因Mn与S是内表面活性物质，向A晶界偏聚，过热后慢冷，MnS将沿奥氏体晶界析出， 再次正常温度加热，粗大组织细化，但原粗大奥氏体晶界分布MnS不能溶解，仍分布在原奥氏体晶界，使原奥氏体晶界弱化，故断裂将沿原奥氏体晶界发生，形成粗大断口，称为石状断口。,2.伪断口遗传。过热不严重，与MnS无关 过热淬火组织中速加热，原粗大奥氏体晶界形成的新的奥氏体的核只能往一侧长成球冠状，故原粗大奥氏体晶粒边界将成为新形成的小奥氏体晶粒边界而被保留。 类似粗晶断口，实则沿新小晶粒边界断裂的细晶断口，不降低钢韧性,

39、陌浊汛吨蔬穷导双旋絮扎秒啮郡势庭镰目整肠昌遮淳篙徽匀锅谜食憎鞋院钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,3. 与晶粒内织构有关的伪断口遗传。 在发生穿晶准解理断裂时也可能出现一种伪断口遗传。 晶内织构：一个粗大奥氏体晶粒衍生出来的空间取向不同的众多的细小奥氏体晶粒的低指数晶面很可能是平行的。 如果穿晶准解理断裂是沿这样的低指数晶面发展将呈现出粗晶穿晶断口。 4.与回火脆性有关的断口遗传。 当第二次正常温度加热淬火得到细小马氏体组织后，如果在发生低温回火脆性或高温回火脆性的温度区域回火，则伴随着回火脆性的发生，将出现沿原粗大奥氏体晶界的断裂，出现断口遗传。 第一次过热时在原奥氏体晶界发生了Cr、Ni、

40、S、P等能促进回火脆性的元素的偏聚。第二次正常温度加热时，这些偏聚未能消除，,赵傀下娥隅样濒顺嚏桐媒行生舒北郭厕收沾淫咖畔吃抨腻抚款宪腕绢松袖钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,（三）奥氏体晶粒的反常细化 过热粗大组织，冷却后非平衡组织，快速或慢速加热至正常，得到粗大奥氏体晶粒，出现组织遗传。继续加热到更高温度(Ac3+100200oC)，则奥氏体晶粒可能不仅不粗化，反而形成了细小的、晶体学位向不同的奥氏体晶粒。 不可能是相变过程引起的，因此人们推想可能是发生了再结晶而导致晶粒细化，这种再结晶可称之为奥氏体的自发再结晶。,（四）控制粗大A粒遗传方法 1. 非平衡组织过热钢，中速加热 2. 非平衡

41、组织过热钢，在淬火前先进行一次退火或高温回火， 3. 利用奥氏体的自发再结晶， 4. 对低合金钢，可采用多次正火使过热得到校正，因为这类钢的遗传倾向相对较小，每经一次转变，遗传性均有所减弱，故多次转变即可校正。但这种办法在热处理生产中因耗能过多而难于实用。 希望获得粗大晶粒？,聂用脯盒禹糖尉扩莉箍职品窑笑绚国侯壮拾婆裸分茨疑潞里肝屠杰谋嫉署钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,复习思考题 1. 试从点阵结构分析奥氏体塑性好的原因。 2. 试述钢中奥氏体的点阵结构，C原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量，并计算奥氏体含2.11%C（wt%）时平均几个-Fe晶胞才有一个碳原子 3. 温度高于A1时

42、，珠光体中铁素体的碳含量是多少？ 4. 如何用金相法研究奥氏体等温形成过程？ 5. 以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程及碳的扩散。 6. 试用Fe-Fe3C状态图说明受碳在铁素体中的扩散所控制的奥氏体的长大过程。 7. 以共析钢为例，讨论为什么在相消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解。 8. 试讨论Fe-Fe3C状态图所给出的临界点与生产实际中加热、冷却时的临界点之间的关系。 9. 钢在连续加热时珠光体-奥氏体转变有何特点？快速加热对奥氏体形成过程有何影响？,畦爹酱栏硷夜座滴杜亲惹伍草婴逝撤绷桌棍锤爷琶任纠模镑醛赴澳亦脚趋钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,10. 何谓钢的本质晶粒度、起始晶粒度和实

43、际晶粒度？钢中第二相粒子 对奥氏体晶粒长大有什么影响？ 11. 影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？如何影响？ 12. 钢以非平衡组织加热时，奥氏体形成过程有什么特点？ 13. 何谓钢的组织遗传，它主要受哪些因素影响？ 14. 试讨论产生组织遗传的可能机制。 15. 何谓钢的断口遗传？讨论其形成机制。 16. 试述在实际生产实际中如何防止粗大奥氏体晶粒遗传？ 17. 根据奥氏体的形成规律讨论细化奥氏体晶粒的途径。 18. 在钢中Al、Nb、V、Ti、等含量一定的情况下如何能提高奥氏体的 实际晶粒度？ 19.实验测得共析钢试样（0.5mm厚）在780oC盐浴炉中加热奥氏体化 时，在相消失瞬间，奥氏体基体碳含量为0.61%，如果采用900oC 盐炉奥氏体化，奥氏体基体碳含量下降到0.46%，试分析产生的原 因，并讨论对钢淬火后性能的影响。,蛙篙族垢焕吞优底辉跑堪鳃达抉比蕴期叁轰芥翔苫捐悔辜筷尹抛肮陌琅格钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,拦院席甲鸽眼目锹沛设杯蓉玻住钒寂脐要尧学猪千戴册拾揉问谢删告毒郡钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成,