材料科学与工程基础 教学课件 作者 杨庆祥 第五章 金属扩散及固态转变.pptVIP

第五章金属扩散及固态相变 1）温度：由(5-5)式可知D与温度成指数关系，可见温度对扩散速度影响很大。例如从表6-2中可以看到，当温度从500℃升高到900℃时，Fe在?-Fe中的扩散系数从3.0?10-21增加到1.8?10-15m2/s，增加了近六个数量级。 2）固溶体类型：间隙固溶体中，间隙原子的扩散与置换固溶体中置换原子的扩散其扩散机制不同，前者的扩散激活能要小的多，扩散速度也快得多。 3）晶体结构：温度及成分一定的条件下，任一原子在密堆点阵中的扩散要比在非密堆点阵中的扩散慢。这是由于密堆点阵的致密度比非密堆点阵的大引起的。这个规律对溶剂和溶质都适用，对置换原子和间隙原子也都适用。 4）浓度：扩散系数是随浓渡而变化的，有些扩散系统如金一镍系统中浓度的变化使镍和金的自扩散系数发生显著地变化。 5）合金元素的影响：在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也发生变化。 将图5-11即不同温度下的转变量与时间关系曲线转换到温度-时间坐标系中，可得到“温度-时间-转变量”曲线叫等温转变曲线即TTT曲线，如图5-12所示。 第七节 金属回复、再结晶及晶粒长大 经冷变形后的金属材料吸收了部分变形功，其内能增高，结构缺陷增多，处于不稳定状态。回复．再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。图5-27是纯铜冷变形退火后的组织及性能变化情况。 共析钢的奥氏体化过程 共析钢加热到Ac1以上 ,将发生珠光体向奥氏体的转变也叫奥氏体化，该转变可表示为: 奥氏体化过程可分为四个阶段，即奥氏体的形核、奥氏体晶核长大、残余Fe3C的溶解和奥氏体的均匀化，如图5-35所示。 2) 合金元素的影响 合金元素只有溶入奥氏体中才对过冷奥氏体等温转变产生重要影响。除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体，都使C曲线右移，增大奥氏体稳定性。 3）残余奥氏体的转变 wc?0.4%的碳钢淬火后，总含有少量残余奥氏体，随钢的碳含量增加残余奥氏体量增多。残余奥氏体在200℃开始分解，到300℃残余奥氏体的分解基本完成。分解产物相当于相同温度下的等温分解产物下贝氏体。所要说明的是残余奥氏体的分解都是不完全的。 4）碳化物的聚集球化与长大 回火温度超过400℃，析出的?-Fe3C要发生Ostwald粗化，?-Fe3C聚集球化并长大。碳化物粒子的尺寸随回火温度的升高和保温时间的增长而增大。 第八节 金属热处理原理 1 钢的加热转变 钢件通过加热、保温和冷却，可改变其组织状态，提高其性能。无论是普通热处理，还是表面热处理，通常要首先加热到奥氏体。钢形成奥氏体的温度范围一般可根据Fe-Fe3C状态图进行近似估计。碳钢的加热和冷却的各临界点如图5-34所示。 ? ? A1 Ar1 A3 Ar3 Ac3 Ac1 Accm Acm Arcm Ac1 wC / % 温度/℃ 图5-34加热或冷却对碳钢的临界点的影响 ? + Fe3C Ac1以上 ? wC=0.0218% 体心立方 wC=6.69% 复杂正交 wC=0.77 面心立方 由上式可知，成分相差悬殊，晶体结构完全不同的两相?和Fe3C转变成为另一种晶体结构的单相固溶体?。因此奥氏体化过程必定有晶格的重构和铁、碳原子的扩散。 b）? 晶核长大 a）? 形核 d）不均匀? c）残余Fe3C溶解 e）均匀? ? ? ? Fe3C 残余Fe3C ? ? ? 图5-35 珠光体向奥氏体的转变示意图 2 奥氏体晶粒长大及其控制 奥氏体晶粒度的概念 :奥氏体晶粒度是衡量奥氏体晶粒大小的尺度。奥氏体晶粒的大小可用晶粒截面的平均直径或单位面积内的晶粒数目来表示，也可用晶粒度级别指数G表示。晶粒度级别的物理意义 见（5-24）式: n=2G-1 （5-24） 奥氏体晶粒度分为三种。起始晶粒度是奥氏体化刚刚完成时，起始晶粒一般比较细小，在随后的加热或保温过程中，奥氏体晶粒要长大。实际晶粒度是指在具体热处理或加热条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。由于奥氏体晶粒长大是必然的，所以实际晶粒尺寸总比起始晶粒大，实际晶粒尺寸的大小 直接影响钢件的性能。 本质晶粒度：为了表示不同牌号的钢的奥氏体晶粒长大倾向高低 ，本质晶粒度是根据前述YB27-64的条件来测定的。通常在 100倍的情况下与标准晶粒度等级图进行比较评级。 本质粗晶粒钢 本质细 晶粒钢 温度/℃ 晶粒度等级 7 6 5 4 3 2 1 700 800 900 1000 1100 AC1 8 晶粒尺寸→