第08章热处理原理1资料.ppt

概述 固态相变 加热时钢的组织转变 钢在冷却时的组织转变 钢在回火时的转变;第一节 概 述;为何要热处理 ？; 原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。;A3;;区别于固液、液固相变，材料固相状态下因外部条件变化而发生的组织结构的变化称为固态相变。;1）固态相变分类 ;原子从母相以扩散方式向新相迁移。 转变速度由扩散速度控制，固态中进行较慢。 转变过程大多有成分改变(新旧相成分不相同)。 转变产物无固定形状，决定于界面能，为减少界面面积，有可能是为球面。脱溶、共析、增幅分解属于这种类型。 ;相变过程中无原子扩散和成分变化，原子以切变方式，即相对周围原子发生有规律的少量偏移，基本维持原来的相邻关系，而发生晶体结构的改变，这就是协同型相变。 转变前后新旧相成分相同，新相与母相的取向有一定的延续关系；转变中新旧相的界面有共格关系，转变要求较大的驱动力来补偿共格应变能； 转变速度快，但大多不能进行到底。以下要介绍的马氏体相变就是属于协同型相变。 ;混合型 介于二者之间的，具有扩散型和协同型的综合特征的中间过渡型转变称为混合型，如热处理中的贝氏体转变。;固态相变过程的能量变化 ;B. 新旧相之间的界面能 s;由于成分或结构的差别，新旧两相的比体积也不同，因此在新相形成和长大时必然要发生体积的变化。受母相的约束，新相和母相都将产生弹性应变，如相变时体积膨胀，则新相承受压应力而压缩变形，母相承受拉应力而发生拉伸变形，弹性应变将带来弹性应变能的增加。 ;弹性应变能一方面决定于新旧相比容，比容差越大，材料的弹性模量越大，体积应变能越大；另一方面与新相的几何形状有关，设新相为椭球形，半径比为c/a，在同样的体积下，体积应变能和c/a的关系如图所示。 ;如果新相在母相的晶体结构缺陷处形成，原来的晶体缺陷消失，那部分能量的释放可以补充其消耗。新旧相成分有变化时，母相的缺陷集中处的异类原子偏聚对形核还有另一方面的作用。 ;在一定过冷度(过热度)下，第一项为负数，是转变的驱动力；第二项是增加的界面能，第三项是增加的体积应变能，都是转变的阻力；第四相为晶体缺陷消失释放的能量，在数值上为负数。;3）新相形成过程;B. 新相形状 为最大限度降低阻力，新相界面能较大，而体积应变能较小时，为最大限度减小表面积，新相核心往往为球形。 当界面能不大，体积应变能较大时，核心以盘状(薄片状)来减小体积应变能，而盘片部分与母相形成共格或半共格界面以降低表面能。 二者相当时为针状或其它形状。当新相核心在晶界处形成时，母相原两晶粒的取向不同，可能一边为共格，另一边为非共格的部分球面。 ;C. 新相的生长 非共格界面的生长主要是以扩散方式，原子从母相迁移到新相，按新相的结构排列，界面向母相中发展。 共格界面的前进是以原子切变方式进行，切变量的增加将提高共格应变能，同时大范围内难保证晶体取向的一致性，对维持大面积的共格带来困难，共格界面的生长会受到一定的限制，生长到一定大小时，共格会被破坏，发展成为非共格界面。 ; （一）相变阻力大 固态相变时，由于新、旧两相比体积不同，母相γ转变为新相时要产生体积变化，或者由于新、旧两相相界面不匹配而引起弹性畸变。故新相必然受到母相的约束，不能自由胀缩而产生应变。因此导致弹性应变能的额外增加。而液态金属结晶时能量的增加仅仅只有表面能一项。;固态相变的特点;固态相变的特点;固态相变的特点;固态相变的特点;8.3 钢在加热时的组织转变;Cementite;热处理三阶段：加热、保温、冷却 钢的热处理通常都先要将其加热到奥氏体单相区，这个转变过程称为“奥氏体化”（Austenite） 奥氏体化的均匀程度、晶粒大小以及加热后未溶碳化物等过剩相的数量和分布状况，直接影响钢冷却后的组织和性能。 因此了解加热过程中钢的组织转变规律，控制加热规范以改变钢在高温下的组织状态对充分挖掘钢材性能潜力，保证热处理产品的质量具有重要意义。;0. 转变温度 ;1. 奥氏体的形成过程;共析钢奥氏体的形成过程;共析钢奥氏体的形成过程;共析钢奥氏体的形成过程;共析钢奥氏体的形成过程;碳浓度差导致碳扩散，从而破坏界面处的浓度平衡，一方面促使渗碳体溶解，另一方面奥氏体长大。由于a-g界面碳浓度差远小于g-C界面的碳浓度差，因此a向g的转变速度远比碳溶解的速度快，因此 P中a总是首先消失，剩余渗碳体将在后续过程继续溶解。概括起来，钢在加热时奥氏体的转变可以归纳为以下几点：;2. 影响奥氏体转变的因素;3. 影响奥氏体转变的因素;3. 影响奥氏体转变的因素;3. 影响奥氏体转变的因素;3.1 奥氏体晶粒度;本质粗晶粒度（1-4）：