第二章奥氏体转变.docVIP

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第二章奥氏体转变

第二章 钢中奥氏体的形成 重点:1、掌握钢件在加热过程中的组织转变规律; 2、掌握奥氏体晶粒大小的影响因素及控制措施。 难点:奥氏体的形成机理。 内容提要:钢在加热时的组织转变是钢件热处理的基础-因为为使钢经热处理后获得所要求的组织和性能,大多数热处理(如退火、正火和回火等)都需要将钢件加热至相变临界点以上,形成奥氏体组织,称为奥氏体化,然后再以一定的速度进行冷却。 碳原子铁原子图2-1在γ 碳原子 铁原子 图2-1在γ-Fe铁中可能的间隙位置 §2-1 奥氏体的组织结构和性能、奥氏体的形成机理 一、奥氏体的组织结构 奥氏体的组织:通常是由等轴状的多边形晶粒所组成,晶内常可出现相变孪晶。 晶体结构:奥氏体是C在γ-Fe中的固溶体,C原子在γ-Fe点阵中处于由Fe原子组成的八面体中心间隙位置,即面心立方晶胞的中心或棱边中点,如图2-2。 二、奥氏体的性能 奥氏体的存在形式:* 高温时存在:是钢中的高温稳定相; * 室温时存在:是在钢中加入足够量的能扩大γ相区的元素,可使奥氏体在室温成为稳定相。 力学性能:1、硬度和屈服强度均不高,碳的固溶也不能有效地提高其硬度和强度; 2、因面心立方点阵滑移系统多,奥氏体的塑性很好,易于变形,所以钢的锻造加工常要求在奥氏体稳定存在的高温区域进行; 物理性能:1、因面心立方点阵是一种最密排的点阵结构,致密度高,所以A的比容最小; 2、A的导热性差,故奥氏体钢加热时,不宜采用过大的加热速度,以免因热应力过大而引起工件变形。 3、奥氏体的线膨胀系数大,因此奥氏体钢也可用来制作热膨胀灵敏的仪表元件;4、奥氏体具有顺磁性,而奥氏体的转变产物均为铁磁性; 5、单相奥氏体具有耐腐蚀性; 6、奥氏体中铁原子的自扩散激活能大,扩散系数小,因此奥氏体钢的热强性好,可以作为高温用钢。 三、奥氏体形成机理 (一)奥氏体形成的热力学条件 根据Fe-Fe3C相图,温度在A1以下钢的平衡相为珠光体(铁素体和渗碳体)。当温度超过A1时,珠光体将转变为奥氏体,亚共析钢或过共析钢分别加热到A3或Acm温度以上,才能得到均匀的单相奥氏体组织。 奥氏体形成时系统总的自由能变化为: (2-1) (二)奥氏体的形成过程 以共析钢为例: 相组成: ( α + Fe3C ) → γ 碳含量: 0.02% 6.69% 0.77% 点阵结构: 体心立方 复杂斜方 面心立方 奥氏体的形成: 是由四个基本过程组成:1奥氏体形核;2、奥氏体长大;3、剩余渗碳体溶解;4、奥氏体成分均匀化。 四、奥氏体等温形成动力学 动力学问题――P-奥氏体等温形成速度问题: 形核率; 线长大速度。 (主要讨论奥氏体形成时的速度问题,即在一定温度下形成量和时间的关系。奥氏体的形成速度决定于成核和长大速度,它们受钢的成分、原始组织、温度等条件的影响。) (一)形核率 在奥氏体均匀形核条件下,形核率I与温度之间的关系可表示为 (2-2) 在忽略应变能时 (2-3) 从式(2-2)和式(2-3)中可以看出: 当奥氏体形成温度T↑升高时,形核率I以指数函数关系迅速增大; ② 随温度↑,相变驱动力ΔGv增大而使形核功减小,导致形核率I进一步增大; ③ 随温度↑,原子扩散系数也↑,不仅有利于α向γ的点阵重构,而且也促进渗碳体的溶解,也加速奥氏体的形核; ④ 从图2-6a)可以看出随温度↑,ΔC=C2-C4 之差减小,奥氏体形核所需的碳浓度起伏减小,有利于提高奥氏体的形核率。 因此,奥氏体形成温度↑,即相变过热度↑,可以使奥氏体形核率急剧↑,有利于形成细小的奥氏体晶粒。 (二)长大速度G(线长大速度) 奥氏体晶核形成后其线生长速度应等于相界面的推移速度,若忽略碳原子在铁素体中的扩散对相界面移动速度的影响则可由扩散定律导出奥氏体形成时的相界面推移速度为 (2-4) 1、对于确定的等温温度,G为常数; 2、等温转变时,、均为常数(由状态图确定)则式(2-4)可改写成 (2-5) 此式同时适用于奥氏体向铁素体和奥氏体向渗碳体中推移的速度。由于在一个珠光体片层间距内形成奥氏体的同时,类似过程也在其它片层中进行,所以可用一个片层间距内的奥氏体的长大速度代替奥氏体长大的平均速度。。此时其中S0为珠光

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