过冷奥氏体转变总结.ppt
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1、过冷奥氏体转变动力学图,概 述,热处理过程:加热、保温、冷却 冷却方式有二种:连续冷却方式 等温冷却方式 dT/d时是平衡条件,否则就是非平衡条件。 过冷奥氏体在非平衡条件下冷却,可有三种形式。其中:(a) dT/d= 0,为等温冷却; (b) dT/d= C,为连续冷却; (c) dT/d= f(),为实际冷却。 过冷奥氏体: 过冷奥氏体转变动力学图:体等温转变和连续转变动力学图: 过冷奥氏体主要转变类型:P型转变、M型转变、B型转变,钢在热处理时的冷却方式,过冷奥氏体等温转变动力学图(TTT图),过冷奥氏体等温转变曲线又称TTT图、IT图或C曲线。综合反映了过冷奥氏体在冷却时的等温转变温度
2、、等温时间和转变量之间的关系(即反映了过冷奥氏体在不同的过冷度下等温转变的转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变量与等温温度、等温时间的关系)。 TTTTemperature Time Transformation ITIsothermal Transformation,过冷A等温转变动力学图的基本形式,(一)共析钢的C曲线分析 1.线、区的意义 线:纵坐标为温度,横坐标为时间,临界点A1线,MS线,Mf线,转变开始线,转变终了线。 区:A1以上为稳定A区,过冷A区,过冷A等温转变区(AP、AB),转变产物区(P、B), M形成区(AM)、M转变产物区(M或M+Ar) 孕育期最短的部位
3、,即转变开始线的突出部分,称为鼻子。,共析碳钢 TTT 曲线的分析,稳定的奥氏体区,过冷奥氏体区,A向产 物转变开始线,A向产物 转变终止线,A + 产 物 区,产物区,A1550;高温转变区; 扩散型转变;P 转变区。,550230;中温转变 区;半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区;,230 - 50;低温转 变区;非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。,2. 转变产物依等温温度不同,大体可分为三个温度区: (1). P型转变:高温区(临界点A1550)、过冷度小,P型组织转变区,AP;扩散型相变 (2).M型转变:低温区(在MS以下)、过冷度大,发生M转变的区域,AM;非扩散型
4、相变 (3).B型转变:中温区(550MS),发生B转变的区域,AB。半扩散型相变 需要指出的是,在中部区域P转变区和B转变区可能重叠,得到P和B的混合组织;在下部区域M转变和B转变可能重叠,得到M和B的混合组织;,共析钢等温转变的产物及形貌,3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”字形? 过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素:驱动力Gv和原子的扩散系数D。等温温度愈低,过冷度大,驱动力Gv大,等温转变速度越大;但等温温度愈低,扩散系数D减小,原子扩散能力下降,转变速度减小;这两个因素的作用是矛盾的。 (1)高温时,过冷度小,驱动力Gv小,扩散系数D大,原子扩散能力大,以驱动力Gv影
5、响为主。 (2)低温时,过冷度大,驱动力Gv大,扩散系数D小,原子扩散能力小,以扩散系数D影响为主。 上述两个因素综合作用的结果,在550是驱动力和原子的扩散的作用都充分发挥,使孕育期最短,使TTT图呈“C”字形。 综上所述, TTT图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变的综合。,(二)非共析钢的过冷A等温转变曲图与共析钢的A等温转变图不同的是: 对亚共析钢在发生P转变之前有先共析F析出,因此亚共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析F析出线,且该线随含碳量增加向右下方移动,直至消失。 对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出,因此过共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一
6、条先共析渗碳体析出线,且随含碳量增加向左上方移动,直至消失。,亚共析钢C曲线,亚共析钢的TTT曲线,P + F,S + F,T,B,M + A残,过共析钢C曲线,过共析钢的TTT曲线,P + Fe3C,S + Fe3C,T,B,M + A残,(三)合金钢的过冷A 等温转变曲线 合金钢的过冷A 等温转变曲线由于受碳和合金元素的影响,图形比较复杂。 常见的C曲线有四种形状: (a) 表示AP和AB转变线重叠; (b) 表示转变终了线出现的二个鼻子; (c) 表示转变终了线分开,珠光体转变的鼻尖离纵轴远; (d) 表示形成了二组独立的C曲线。 综上所述,C曲图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体
7、等温转变的综合。需指出的是珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。,影响过冷奥氏体C曲线形状的因素,A的成分:Wc和合金元素 奥氏体状态:奥氏体晶粒大小的影响、加热温度和保温时间、原始组织 应力 塑性变形,(一)A的成分 1.含碳量 含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变的影响不同。 (1)对珠光体转变 非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相(铁素体、渗碳体)析出,因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线在左上角有一条先共析相析出线,且先共析相析出线随含碳量的变化而移动。 共析钢的C曲线最靠右,亚共析钢的C曲线随含碳量增加向右移动;过共析钢
8、的C曲线随含碳量增加向左移动。 碳对C曲线的影响不如Me。 因此,共析钢的C曲线离纵轴最远,共析钢的过冷奥氏体最稳定。,奥氏体中含碳量的影响:,非共析钢和共析钢的TTT图比较,原因: 在相同条件下,随亚共析钢中碳含量增加,获得铁素体晶核几率下降,铁素体长大时需扩散去的碳量增大,扩散的距离增大,先共析铁素体析出的孕育期增长,铁素体析出速度下降;一般认为铁素体析出有利与珠光体转变,而珠光体的析出在铁素体之后,铁素体析出速度减慢,珠光体的析出速度也减慢,C曲线向右移动。 在过共析钢中,若在Ac1Accm之间加热,随碳含量增加,奥氏体中碳含量不变,未溶的渗碳体的量增加,未溶的渗碳体有促进珠光体形核的作
9、用,降低了奥氏体的稳定性,C曲线向左移动。若在Accm以上加热,随碳含量增加,奥氏体中碳含量增加,获得渗碳体晶核几率增加,先共析渗碳体与珠光体孕育期缩短,析出速度增加,转变速度增加。这是由于随碳量增加,珠光体的形成是在渗碳体之后,故也加快。C曲线向左移动。,(2)对贝氏体转变 贝氏体长大速度是受碳扩散控制(碳在铁素体内的脱溶)。这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体,随奥氏体中碳含量的增加,获得铁素体晶核几率下降。铁素体长大时,转变时需扩散的原子量增加,贝氏体转变之前铁素体转变速度下降,贝氏体转变也减慢,C曲线右移。 (3)对马氏体转变 碳含量(Wc)增加,Ms下降、Mf下降;Ms和Mf下降不一致
10、。Wc0.2%,Ms直线下降。 Wc0.6%,Mf下降缓慢,Mf0(低于室温)。,2.合金元素 如果碳化物全部溶入奥氏体,除Co、Al以外,大多数合金元素总是不同程度地延缓珠光体和贝氏体相变,这是由于它们溶入奥氏体后,增大奥氏体稳定性,从而使C曲线右移。其中碳化物形成元素的影响最为显著。如果碳化物形成元素未能溶入奥氏体,而是以残存未溶碳化物微粒形式存在,则将起相反作用,使C曲线左移。 如果碳化物全部溶入奥氏体,除Co、Al外,大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温(Ms、Mf),并增加残余奥氏体量。,合金元素对C曲线影响可分为两大类: (1)非(或弱)碳化物形成元素:主要有Co、Ni、M
11、n、Cu、Si、B等。这类元素 除Co外使C曲线右移,但对C曲线的形状影响不大。 (2)碳化物形成元素:主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等。这类元素溶入奥氏体,从而使C曲线右移,且改变C曲线的形状和位置,使珠光体转变的C曲线移向高温、贝氏体转变的C曲线移向低温,从而C曲线分离成上下两部分,呈现双C曲线的特征。合金元素对贝氏体转变与对珠光体转变的影响有所不同。,合金元素的影响: 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奥氏体中,会引起:,(1)对珠光体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓P转变。合金元素对P转变动力学影响的原因:合金元素的自扩散、对碳的扩散、改变了AF转变
12、速度、改变了临界点、对奥氏体/F界面的拖拽作用。在这些合金元素中Mo的影响最为强烈,W为Mo的影响一半,Cr、Mn、Ni明显提高过冷A的稳定性,Si、Al稍有提高过冷A体的稳定性,Co减小过冷A的稳定性。 (2)对马氏体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素使Ms 、Mf下降。化学成分对Ms点的影响的原因:(1)、改变了T0;(2)、改变了奥氏体的强度。 (3)对贝氏体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓B转变,这是由于它们溶入A后,增大其稳定性,从而使C曲线右移。但它们的作用不如碳显著。合金元素对B转变动力学影响的原因:(1)合金元素影响碳在A和F中扩散;改变了AF转变速度;改变了B
13、S点;影响在一定温度下的相间自由能差,影响驱动力。强碳化物形成元素减缓B转变速度。,(二)奥氏体状态 1. 奥氏体晶粒大小的影响 奥氏体晶粒度增加,晶粒愈细,晶界面积增多,使晶界形核的珠光体易于形核,有利于珠光体转变发生,C曲线左移;虽然使贝氏体转变速度增加,C曲线左移。但对晶内形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥氏体晶粒长大,缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小,Ms升高。 2.加热温度和保温时间 加热温度和保温时间主要是通过改变奥氏体成分和状态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成分不一定是钢的成分,所以加热温度和保温时间不同,得到的奥氏体也不一样,必然对随后的
14、冷却转变起影响。 3.原始组织 主要影响奥氏体成分均匀性。原始组织愈细,加热后奥氏体均匀化快,奥氏体成分愈均匀,随之冷却后珠光体转变和贝氏体转变的形核率下降,长大减慢,C曲线右移。 原始组织愈粗,奥氏体成分不均匀,促进奥氏体分解,C曲线左移。,(1)对珠光体转变 提高奥氏体化加热温度和保温时间,一使奥氏体晶粒长大,晶界面积减少,珠光体形核位置减少,使珠光体难于形核,C曲线右移;二使奥氏体均匀化程度高,浓度梯度下降,形核长大减慢,C曲线右移。所以一定要指明成分,晶粒度及奥氏体化温度,才可查得相应的C曲线。 当奥氏体化温度下降,保温时间缩短, 奥氏体成分不均匀,晶粒减小,晶界面积增加,珠光体形核位
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