【材料课件】第二章奥氏体的形成.ppt
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1、,1,第二章 奥氏体的形成,2.1 奥氏体及其形成机理,2.1.1 奥氏体的结构及其存在范围,图2-1 奥氏体的单胞,奥氏体是碳溶于-Fe 中的间隙固溶体 碳原子位于八面体间隙中心,即FCC晶胞的中心或棱边的中点 八面体间隙半径 0.52 碳原子半径 0.77 点阵畸变,2,图2-2 Fe-C 相图,3,2.1.2 奥氏体的性能 奥氏体的比容最小,线膨胀系数最大,且为顺磁性(无磁性)。利用这一特性可以定量分析奥氏体含量,测定相变开始点,制作要求热膨胀灵敏的仪表元件。 奥氏体的导热系数较小,仅比渗碳体大。为避免工件的变形,不宜采用过大的加热速度。 奥氏体塑性很好,S 较低,易于塑性变形。故工件的
2、加工常常加热到奥氏体单相区进行。,4,2.1.3 奥氏体形成的热力学条件,图2-3 自由能和温度关系图,G = V Gv + S + V - Gd (2-1),- Gd - 在晶体缺陷处形核引起的自由能降低,相变必须在一定的过热度T下,使得GV 0,才能得到G0。所以相变必须在高于 A1 的某一温度下才能发生,奥氏体才能开始形核。,5,图2-4 以0.125/min加热和冷却时,Fe-C相图中临界点的移动,加热时临界点加注c : Ac1 Ac3 Accm 冷却时临界点加注r : Ar1 Ar3 Arcm,6,2.1.4 奥氏体的形成机理 奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变 奥氏体的形成过程可分
3、成四个阶段: (1)奥氏体的形核 (2)奥氏体的长大 (3)渗碳体的溶解 (4)奥氏体的均匀化,7,8,9,(1)奥氏体的形核,形核的成分、结构条件,10,形核位置 鉴于相变对成分、结构以及能量的要求,晶核将在/Fe3C相界面上优先形成,这是由于: 相界面形核,可以消除部分晶体缺陷而使体系的自由能降低,有利于相变对能量的要求。 相界面两边的碳浓度差大,较易获得与新相奥氏体相适配的碳浓度,况且碳原子沿界面扩散较晶内为快,从而加速了奥氏体的形核。 相界面处,原子排列较不规则,易于产生结构起伏,从而由BCC改组成FCC。,11,(2)奥氏体的长大,图2-6 相界面上的碳浓度及扩散,12,13,14,
4、奥氏体晶核的长大速度,15,由式(2-2)可知,奥氏体晶核的长大速度与碳在奥氏体中的浓度梯度成正比,而与相界面上的碳浓度差成反比。 由于 /Fe3C相界面的碳浓度差 Ck 较大,Fe3C本身复杂的晶体结构,使得奥氏体向渗碳体方向的长大速度远比向铁素体方向为小,所以铁素体向奥氏体的转变比渗碳体的溶解要快得多,铁素体先消失,而渗碳体有剩余。,16,(3)剩余渗碳体的溶解 剩余渗碳体借助于Fe、C原子的扩散进一步溶解。 (4)奥氏体成分的均匀化 原渗碳体部位的碳浓度高,原铁素体部位的碳浓度低。 通过Fe、C原子在新形成奥氏体中的扩散,实现奥氏体成分的均匀化。,17,2.2 奥氏体形成的动力学,2.2
5、.1 形核率,为了满足形核的热力学条件,需依靠能量起伏,补偿临界晶核形核功,所以形核率应与获得能量涨落的几率因子 exp(-G*/kT) 成正比。 为了达到奥氏体晶核对成分的要求,需要原子越过能垒,经扩散富集到形核区,所以应与原子扩散的几率因子 exp(-Q/kT) 成正比。,18,N = C exp(-G*/kT)exp(-Q/kT) (2-3) 式中: C - 常数 G* - 临界形核功 Q - 扩散激活能 k - 玻尔兹曼常数,= 1.38X10-23 J/K T - 绝对温度 N - 形核率,单位 1/(mm3 s) 与结晶不同的是,PA的相变,是在升高温度下进行的相变。 温度升高时,
6、 G* ,Q ,从而形核率 N 增大。,19,2.2.2 奥氏体线长大速度,碳在奥氏体中的扩散系数 D=D0exp(-Q/RT) 阿累尼乌斯方程(Arrhenius) G - 长大线速度,单位 mm/s 温度升高时,D , dC , C , Ck 从而线长大速度G增大。,20,2.2.3 奥氏体等温形成动力学曲线,设新形成的奥氏体为球状,则由约翰逊-迈尔方程(Johnson-Mehl方程):,Vt - 新形成奥氏体的体积分数,转变量达50%左右时,转变速度最大。 转变温度越高,奥氏体形成的孕育期越短。 转变温度越高,完成转变所需的时间越短。,21,图2-8 奥氏体等温形成动力学曲线,形成温度升
7、高,N的增长速率高于G的增长速率,N/G增大,可获得细小的起始晶粒度。 形成温度升高,G/Gk 增大,铁素体消失时,剩余渗碳体量增大,形成奥氏体的平均碳含量降低。,22,2.2.4 连续加热时奥氏体的形成特点,图2-9 珠光体向奥氏体转变动力学曲线,23,奥氏体形成是在一个温度范围内完成的。 随加热速度增大,转变趋向高温,且转变温度范围扩大,而转变速度则增大。 随加热速度增大,C,Fe原子来不及扩散,所形成的奥氏体成分不均匀性增大。 快速加热时,奥氏体形成温度升高,可引起奥氏体起始晶粒细化;同时,剩余渗碳体量也增多,形成奥氏体的平均碳含量降低。,24,2.2.5 奥氏体形成速度的影响因素,除转
8、变温度和加热速度外,还有: (1)钢的原始组织状态 原始组织越细,晶体缺陷越多,奥氏体转变过程越快。 片状珠光体快于粒状珠光体。,25,(2)钢的化学成分,含碳量越高,渗碳体与铁素体的总相界面积越大,Fe、C原子扩散系数增大,从而增高N和G,形成速度增大。 碳化物形成元素Cr,W,Mo,V,阻碍碳的扩散,降低形成速度。 非碳化物形成元素Ni,Co,加速碳的扩散,增大形成速度。 Mn,Ni降低钢的临界点,细化原珠光体组织,增大形成速度。,26,2.3 奥氏体晶粒长大及其控制,2.3.1 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒大小用晶粒度表示,通常分为8级,1级最粗,8级最细,8级以上为超细晶粒。 晶粒度级别与
9、晶粒大小的关系 n = 2N-1 (2-5) n - X100倍时,晶粒数 / in2 N - 晶粒度级别,27,图2-10 X100倍 晶粒度,28,奥氏体晶粒度有三种: 初始晶粒度 - 奥氏体形成刚结束,其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。初始晶粒一般很细小,大小不均,晶界弯曲。 实际晶粒度 - 钢经热处理后所获得的实际奥氏体晶粒大小。,29,30,图2-11 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响,31,2.3.2 奥氏体晶粒长大机制 晶粒长大的驱动力 驱动力来自总的晶界能的下降。 对于球面晶界,有一指向曲率中心的驱动力P作用于晶界。,图2-12 球面晶界长大驱动力示意图,32,公式(2-6)的
10、推导:,图2-13 双晶体中的A、B两晶粒,其中B晶粒呈球状存在于A晶粒中。,面积为A的晶界如果移动dx距离时,体系总的Gibbs自由能变化为dGt ,则沿x方向有力P作用于晶界上,构成晶界移动的驱动力。 图2-13中A、B晶粒间的晶界构成一曲率半径为R的球面。,33,图2-14 大晶粒吃掉小晶粒示意图(箭头表示晶界迁移方向),图2-15 晶粒大小均匀一致时稳定的二维结构,34,图2-16 顶角均为1200 的多边形晶粒,图2-17 三维晶粒的稳定形状 - Kelvin正十四面体,35,图2-18 大晶粒和小晶粒的几何关系,为保持三晶界交会处的界面张力平衡,交会处的面角应为120o,晶界将弯曲
11、成曲率中心在小晶粒一侧的曲面晶界。 大晶粒将吃掉小晶粒,使总晶界面积减少,总的界面能降低。,36,(2) 晶界迁移阻力,图2-19 Zener微粒钉扎晶界模型,晶界向右迁移时,奥氏体晶界面积将增加,所受的最大阻力为:,37,由式(2-7)可知: 当第二相微粒所占的体积分数 f 一定时,第二相粒子越细小(r越小),提供的对晶界迁移的总阻力越大。 反之,当第二相微粒粗化时,对晶界迁移的总阻力将会变小。,38,(3) 奥氏体晶粒长大过程,图2-20 奥氏体晶粒长大过程,孕育期:温度愈高,孕育期愈短。 不均匀长大期:粗细晶粒共存。 均匀长大期:细小晶粒被吞并后,缓慢长大。,39,2.3.3 影响奥氏体
12、晶粒长大的因素,(1) 加热温度和保温时间,表现为晶界的迁移,实质上是原子在晶界附近的扩散过程。 晶粒长大速度与晶界迁移速率及晶粒长大驱动力成正比。,40,图2-21 奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间的关系,随加热温度升高,奥氏体晶粒长大速度成指数关系迅速增大。 加热温度升高时,保温时间应相应缩短,这样才能获得细小的奥氏体晶粒。,41,(2)加热速度的影响,加热速度越大,奥氏体的实际形成温度越高,形核率与长大速度之比(N/G)随之增大,可以获得细小的起始晶粒度。 快速加热并且短时间保温可以获得细小的奥氏体晶粒度。 如果此时长时间保温,由于起始晶粒细小,加上实际形成温度高,奥氏体晶粒很容易长大
13、。,42,(3)钢的碳含量的影响 碳在固溶于奥氏体的情况下,由于提高了铁的自扩散系数,将促进晶界的迁移,使奥氏体晶粒长大。共析碳钢最容易长大。 当碳以未溶二次渗碳体形式存在时,由于其阻碍晶界迁移,所以将阻碍奥氏体晶粒长大。过共析碳钢的加热温度一般选在 Ac1 - Accm 两相区,为的就是保留一定的残留渗碳体。,43,(4)合金元素的影响,44,图2-22 奥氏体晶粒直径与加热温度的关系 1 - 不含铝的C-Mn钢 2 - 含Nb-N钢,(5)冶炼方法 用Al脱氧,可形成 AlN - 本质细晶粒钢 用Si、Mn脱氧 - 本质粗晶粒钢,45,46,47,48,大学课件出品 版权归原作者所有 联系
14、QQ :910670854 如侵权,请告知,吾即删 更多精品文档请访问我的个人主页 http:/ 却聪明得太迟 把钱省下来,等待退休后再去享受 结果退休后,因为年纪大,身体差,行动不方便,哪里也去不成。钱存下来等养老,结果孩子长大了,要出国留学,要创业做生意,要花钱娶老婆,自己的退休金都被拗走了。,52,人生太短,聪明太晚(2),当自己有足够的能力善待自己时,就立刻去做,老年人有时候是无法做中年人或是青少年人可以做的事,年纪和健康就是一大因素。小孩子从小就告诉他,养你到高中,大学以后就要自立更生,要留学,创业,娶老婆,自己想办法,自己要留多一点钱,不要为了小孩子而活我们都老得太快却聪明得太迟,
15、我的学长去年丧妻。这突如其来的事故,实在叫人难以接受,但是死亡的到来不总是如此。学长说他太太最希望他能送鲜花给他,但是他觉得太浪费,总推说等到下次再买,结果却是在她死后,用鲜花布置她的灵堂。这不是太蠢愚了吗?! 等到、等到.,似乎我们所有的生命,都用在等待。,53,人生太短,聪明太晚(3),等到我大学毕业以后,我就会如何如何我们对自己说 等到我买房子以后! 等我最小的孩子结婚之后! 等我把这笔生意谈成之后! 等到我死了以后 人人都很愿意牺牲当下,去换取未知的等待;牺牲今生今世的辛苦钱,去购买后世的安逸 在台湾只要往有山的道路上走一走,就随处都可看到农舍变精舍,山坡地变灵塔,无非也是为了等到死后
16、,能图个保障,不必再受苦。许多人认为必须等到某时或某事完成之后再采取行动。明天我就开始运动,明天我就会对他好一点,下星期我们就找时间出去走走;退休后,我们就要好好享受一下。,54,人生太短,聪明太晚(4),然而,生活总是一直变动,环境总是不可预知,现实生活中,各种突发状况总是层出不穷。身为一个医生,我所见过的死人,比一般人要来得多。这些人早上醒来时,原本预期过的是另一个平凡无奇的日子,没想到一个意料之外的事;交通意外、脑溢血、心脏病发作等等。剎那间生命的巨轮倾覆离轨,突然闯进一片黑暗之中。那么我们要如何面对生命呢?我们毋需等到生活完美无瑕,也毋需等到一切都平稳,想做什么,现在就可以开始做起。
17、一个人永远也无法预料未来,所以不要延缓想过的生活,不要吝于表达心中的话, 因为生命只在一瞬间。,55,人生太短,聪明太晚(5),记住! 给活人送一朵鲜花,强过给死人送贵重的花圈,每个人的生命都有尽头,许多人经常在生命即将结束时,才发现自己还有很多事没有做,有许多话来不及说,这实在是人生最大的遗憾。 别让自己徒留为时已晚的空余恨。逝者不可追,来者犹未卜,最珍贵、最需要实时掌握的当下,往往在这两者蹉跎间,转眼错失。,56,人生太短,聪明太晚(6),人生短暂飘忽,包得有一首小诗这样写: 高天与原地,悠悠人生路; 行行向何方,转眼即长暮。 正是道尽了人生如寄,转眼即逝的惶恐。 有许多事,在你还不懂得珍
18、惜之前已成旧事;有许多人,在你还来不及用心之前 已成旧人。 遗憾的事一再发生,但过后再追悔早知道如何如何是没有用的,那时候已经过去,你追念的人也已走过了你。,57,人生太短,聪明太晚(7),一句瑞典格言说:我们老得太快,却聪明得太迟。 不管你是否察觉,生命都一直在前进。 人生并未售来回票,失去的便永远不再得到。 将希望寄予等到方便的时间才享受,58,人生太短,聪明太晚(8),我们不知失去了多少可能的幸福 不要再等待有一天你可以松口气,或是麻烦都过去了。 生命中大部分的美好事物都是短暂易逝的, 享受它们、品尝它们, 善待你周围的每一个人, 别把时间浪费在等待所有难题的完满结局上。 找回迷失的生命
19、 死亡也许是免费的 但是,却要付出生命的代价。 劝大家一句话:把握当下,莫等待。,59,成功人生的十堂课,60,人生成功第1课,做一个终生学习的人,离开学校并不意味着学习就结束了。 学习可以成为一种生活方式,帮助你发挥最大的潜能。 我们从未停止学习,总会有新的,有趣的东西等待我们去发现。 学习新的技能可能让人感到有一点恐惧,但每当我们在个人学习上停滞不前时,我们都需要去学习新的东西。 积极地寻求支援和建议,突破停滞期。 参加一些培训,进修,夜校任何新的兴趣都将会有助于发展你的优势。 多看,多听,让你的头脑保持活跃。活到老,学到老。,61,人生成功第2课,令自己感到沮丧的秘诀就是用空闲时间去烦恼
20、自己是否快乐。所以不要费事去想它!摩拳擦掌干起来吧。你将热血沸腾,你会头脑清醒。很快,在你身体中的这种高涨的积极人生观将把烦恼从你的头脑中赶出去。 行动起来,忙碌起来。这是世界上最便宜的一种药,也是最好的一种。,62,人生成功第3课,在困境中寻找成功的希望 逆境是一所最好的学校。每一次失败,每一次打击,每一次损失,都蕴育着成功的萌芽,都教会我在下一次有更出色的表现。我再也不会逃避现实,也不会拒绝从以往的错误中获取经验,我不再因此而促成自己的失败。因为我知道,宝玉不经磨砺就不能发光,没有,我也不能完善自我。 现在我知道,灵魂倍受煎熬的时刻,也正是生命中最多选择与机会的时刻。任何事情的成败取决于我
21、在寻求帮助时是抬起头还是低下头。无论何时,当我被可怕的失败击倒,在最初的阵痛过去之后,我都要想方设法将苦难变成好事。伟大的机遇就在这一刻闪现这苦涩的根必将迎来满园芬芳! 我将一直在困境中寻找成功的希望。,63,人生成功第4课,没有人可以使你感到自卑 我选择自我感觉良好,这样我能更加开放地学习。如果人们给我负面的回应或是批评我做的事情,我不会认为他们所说的就表明我是一个“差劲的”人。我坚信自尊由我掌控,这让我毫无戒心地去听取别人的反馈,想看看是否有我可以学习的东西。 我们每天都有两种选择。我们可以感到自己很棒,也可以感到自己很差劲。难道有人会选择后者吗?,64,人生成功第5课,紧紧抓住梦想 我们
22、每个人都有梦想。我们每个人都希望能发自内心地相信自已有一种特殊的天赋,相信自己能发挥重要的作用,相信自己能以一种特殊的方式感动他人,相信自己能够把世界变得更加美好。 在一生中,我们都曾经对自己渴望并追求的生活品质抱有憧憬。然而,对我们大多数人来说,这些憧憬在日常生活的成规和挫败中已经变得如此渺茫,以到于我们甚至不再努力去实现它们。对太多人来说,梦想已经远离,随之远离的还有塑造我们命运的意愿。很多人已经推动了坚定的信念,而正是坚定的信念为胜利者创造了优势。 我们所要做的就是重拴梦想,并实现梦想,让我们每个人都记住,并去运用深藏在自己身上的无限潜能。,65,人生成功第6课,毅力无法替代 世界上没有
23、任何东西可以替代毅力。才干不可以,无所作为的能人十分普遍;天分不可以,碌碌无为的天才尽人皆知;教育不可以,受过良好教育的没落者更是随处可见。只要有毅力和决心,就是无所不能的。 毅力并不总是意味着永远坚持做同一件事。它意味着无论你做任何事情,你都要立刻全心投入,竭尽全力;它意味着先做艰苦的工作,再去期待随之而来的满足和回报。它意味着开心地工作,渴望更多的知识和进步。它意味着多打几个电话,多夏装几里路,多除草,早起床,意味着总是寻求更好的方式去做你在做的事情。毅力就是经历考验和过失的成功。,66,人生成功第7课,驻足片刻闻花香 在现代生活的忙忙碌碌中,人们很少会停下来欣赏自然的美。 问问自己,你有
24、多少次倾听过鸟儿的歌唱。你最近一次抬头仰望闪耀的星空又是在什么时候? 时光飞逝,人生苦短。不要忘记驻足闻闻花香。我们在急于谋生的过程中,往往忽视了我们生活的品质。多少次,你听见人们为这为那说“我忙死了。”多可惜啊!有一天,当他们真的找到时间能够驻足片刻闻花香时,可能已经太迟了。,67,人生成功第8课,加入到微笑者和赞美者的行列来 当你对别人,别人也会对你报以,你自然会感觉很棒。即使他有对你报以,你也会感觉很棒,因为你认识到世界上最贫穷的人就是从不微笑的人,当你对那个人微笑,你立刻变得更加富有。 赞美也是这个道理。当你真诚地毛病抑或恭维一个人时,他将立刻受益,更喜欢自己。当你让别人感觉更好时,你
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