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1、第一章第一章 钢中的奥氏体钢中的奥氏体Transforming Mechanism of Austenite共析碳钢的奥氏体等温形成过程奥氏体奥氏体形 核长 大碳化物溶解奥氏体均匀化共析碳钢连续加热奥氏体的形成1、临界点随加热速度增加而增加2、转变是在一个温度范围内进行3、加热速度愈大，转变时间愈短4、加热速度愈大，A愈不均匀5、加热速度愈大，A愈细超快速加热超快速加热过热度大，铁素体亚晶界形核A线长大速度V(mm/s)A向铁素体F推移的速度 VA-F：VA-F=-KD(dc/dx)/CA-F-CF-A式中，CA-F为A与F交界处A的界面浓度，CF-A为F与A交界处F的界面浓度；K为常数。A向
2、渗碳体C推移的速度VA-C：VA-C=-KD(dc/dx)/6.67-CA-C，式中，CA-C 为A与C交界处A的界面浓度。由上述二式可知:T，D,dc/dx,(CA-F-CF-A)(6.67-CA-C)，速度增大。Fe3C 薄F宽奥氏体晶粒长大时间延长温度升高DA=K exp(-Q/KT)第二相颗粒体积分数起始晶粒度的均匀性晶界平直化有利因素不利因素P=2/R第二章第二章 珠光体共析分解珠光体共析分解Pearlitic Eutectoid Decomposition长 大形 核片状珠光体的形成过程热力学条件热力学条件领先相(3)碳的扩散过程共析成分的奥氏体，冷却到临界点以下一个温度t1 时，
3、新相P与母相A的成分如图。由于各相间的浓度差，就造成了如下几种扩散。（a）界面扩散如图，在t1温度时，A中CA-F CA-C，造成碳从A/F界面扩散到A/Cm界面，这便破坏了界面平衡，使CA-F,CA-C,F长大(引起CA-F)，Fe3C长大(引起CA-C)。（b）由远离P区扩散如图，因为CA-F CA CA-C，F前沿的碳将向远处扩散，而远处的碳(浓度为CA)将扩散至Fe3C前，使F、Fe3C长大。（c）铁素体中C的扩散如图,因为CF-A CF-C，这就造成F内部的碳的扩散，使F前沿碳浓度下降，有利于F长大，Fe3C长大。(4)铁原子的自扩散珠光体转变时，晶体点阵的改组是通过铁原子自扩散完成
4、的。三.粒状珠光体形成机制1.生产中广泛应用的球化处理，即通过下述方法得 到粒状珠光体。(1)低的A化温度，短的保温时间，以得到较多的未溶渗碳体粒子。(2)临界点下高的等温温度，长的保温时间，以得到粒状珠光体。2.片状转为粒状机制(1)由片状向粒状转变，可降低表面能，属自发过程。(2)不同半径粒子，溶解度不同。粒子半径 r 越小，溶解度越大。粒子中呈尖角处碳的溶解度高，粒子中呈平面处碳的溶解度低，这就在与其接触的F内形成碳的浓度梯度。尖角附近的碳原子向平面附近扩散。这种扩散破坏了界面平衡，使尖角进一步溶解，而平面处形成堆积和析出。最终各处都形成曲率半径相近的球粒形状的碳化物。对于片状珠光体曲率
5、半径：曲线上某一点找到与它内切的圆，这个圆的半径即为曲率半径曲率半径：曲线上某一点找到与它内切的圆，这个圆的半径即为曲率半径.(3)亚晶界使片状渗碳体断裂由于亚晶界的存在,在渗碳体内将产生界面张力,为了平衡此张力,渗碳体出现了沟槽。由于沟槽处曲率半径小,溶解度大，使曲率半径加大，半径加大后，破坏了界面张力平衡，为达到平衡，沟槽进一步加深，最终导致渗碳体断裂。(4)破坏的渗碳体球化第三节第三节 亚共析钢的珠光体转变亚共析钢的珠光体转变一.伪共析转变亚(过)共析钢A化后，以较快的速度冷却到ES延长线SE与GS延长线SG以下，发生珠光体转变，称为伪共析转变。伪共析转变伪共析转变二.亚共析钢中先共析铁
6、素体的析出1.块状块状F的析出的析出当P转变温度高，Fe原子自扩散便利，且晶粒较细时，F在晶界形核后，由于CA-F CA(见图)，引起碳的扩散，为保持相界面平衡，即CA-F的高浓度，只有继续析出F，以至长成块状F(见图a)。2.网状网状F的析出的析出当转变温度较高，或冷速较大、A晶粒粗大时，Fe自扩散能力下降，F易沿晶界析出并连成网状(见图c)。此时晶内碳浓度不断升高,达伪共析成分时转变为P。3.片状片状F的析出的析出当转变温度较低，A中成分均匀，晶粒粗大时，F向与其有位向关系的A中长大，就使得同一晶粒中F呈片状且相互平行。通常将这种先共析铁素体称为魏氏组织铁素体(见图b,c).第四节第四节
7、转变动力学图转变动力学图一.珠光体转变的形核率 I 及长大速度 V(1)I 及V 随过冷度T的增加，先增后减。共析钢P转变时，I 及V与温度关系见图。I 及V 对温度的关系呈极大值的原因是:(2)珠光体转变的形核率I随转变时间的增长而增大 珠光体转变的线长大速度V与保温时间无明显关系。由于T，对 V 及 I 造成了正反效应，故有极大值存在。二.珠光体等温转变的动力学图1.珠光体等温转变的动力学曲线及动力学图将共析碳钢奥氏体化后，快速冷却到Ar1下一定温度，保温不同时间后测出相应的转变量，并描绘在以横坐标为时间，纵坐标为析出转变量的坐标系中，就构成了珠光体转变的动力学曲线。时间珠光体转变的动力学
8、曲线Ar1温度以下：t1t2t3t4 转变量以时间为横坐标，纵坐标改为温度，将上图中各温度下的转变开始和结束的时间绘于此图中，把同类的点连起来，即得珠光体转变动力学图。由于图中曲线与“C”相似，故称曲线C;还因为温度、时间、转变三个英文名词以T开头，又称TTT曲线。2.珠光体等温转变的特点(a)转变有孕育期.(b)鼻尖处对应I、V最大处.(c)从动力学曲线上可见，随时间增长，转变速度增 加，当转变量超过50%，转变速度下降.(d)亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有先共析F(Fe3C)线先共析线先共析线先共析线先共析线鼻尖温度鼻尖温度孕育期孕育期1.含碳量的影响在亚共析钢中，随C含量增加，先共析
9、铁素体与P孕育期增长，析出速度下降，转变速度下降。由于随C含量增加，获得F晶核几率下降。F长大时，需扩散去的碳量增大，析出速度下降，而P的析出在F之后，F析出减慢，P的析出也减慢。在过共析钢中，随C含量增加，先共析Fe3C与P孕育期缩短,析出速度增加，转变速度增加。由于随C量增加，获得Fe3C晶核几率增加，P的形成是在Fe3C之后，故也加快。综上所述，共析钢的A不受碳含量影响，稳定。三三.影响珠光体转变动力学因素影响珠光体转变动力学因素2.加热温度和保温时间的影响因为A成分不一定是钢的成分，所以加热和保温时间不同，得到的A也不一样，必然对随后的冷却转变起影响。当奥氏体化温度当奥氏体化温度，保温
10、时间，保温时间，A成分均匀，晶粒尺寸成分均匀，晶粒尺寸，晶界面积晶界面积，P形核位置形核位置，I，V。当奥氏体化温度当奥氏体化温度，保温时间，保温时间,A,A成分不均匀，晶粒尺寸成分不均匀，晶粒尺寸 ，晶界面积晶界面积，P P形核位置形核位置，I I，V V。3.原始组织的影响原始组织细，奥氏体均匀化快，随之冷却后珠光体转变的I，V均下降。第五节第五节 珠光体的力学性能珠光体的力学性能 P231一.共析成分珠光体的力学性能(1)珠光体的力学性能 图8-2；图8-3 问题：1、片状P的组织形态对力学性能有怎样的影响？2、片状间距影响强度、塑性的原因？3、在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度、硬度
11、比片状的较低，塑性较好，原因。(a)片状珠光体的断裂强度与片间距有关，片间距，强度。(b)片状珠光体的塑性与片间距有关，当片间距减小，断面收缩率呈上升趋势。(c)珠光体团直径越小，强度越高。(d)片状珠光体的力学性能与珠光体团直径有关，但 由于实际情况下，A的晶粒不会很大，P团的直 径就没有很大变化，故一般不做讨论。1、片状、片状P的组织形态对力学性能的影响？的组织形态对力学性能的影响？(a)片间距减小,渗碳体与铁素体变薄,相界面增多,铁素体中位错不易滑动，故使塑变抗力增高。(b)当外力足够大,并开动了位错源后,由于片层变薄,塞积位错少,正应力少,不易引起开裂，也就提高了强度。(c)片间距小时
12、，渗碳体片必然变薄，在外力作用下，可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，致使塑性提高。2、片状间距影响强度、塑性的原因？、片状间距影响强度、塑性的原因？3 3、在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度、硬度比片、在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度、硬度比片状的较低，塑性较好，原因。状的较低，塑性较好，原因。(a)相界面少，铁素体中位错易于滑动,故使塑变抗力减小.另一方面,由于相界面少,界面上位错塞积就多,正应力大,易于开裂.这两方面的因素均使强度降低；(b)Fe3C呈颗粒状，没有尖角，不易产生应力集中，塑性好。二、派登处理 用于高碳钢的强韧化处理，具体步骤如下:高碳钢奥氏体化铅浴等温(560)得到
13、珠光体冷拉 使F内位错密度提高，强度上升，片间距P下降，而使Fe3C不致脆断，得到强烈变形后的细珠光体(索氏体)，具有极好的强度与塑性的配合。二.亚共析钢的珠光体转变产物的力学性能(1)亚共析钢完全A化后冷却，有如下规律:(a)随着钢中碳含量下降，先共析铁素体增加；(b)当碳含量一定时，随冷速加大，或转变温度降低，先共析铁素体减少,珠光体量增加,但珠光体含碳量下降。(2)亚共析组织的强度可由下列经验公式给出:s(MPa)=15.4f1/32.3+3.8(Mn)+1.13d-1/2+(1-f1/3)11.6+0.25S0-1/2+4.1(Si)+27.6(N)1/2)；(2-1)b(MPa)=1
14、5.4f1/316+74.2(N)1/2+1.18d-1/2+(1-f1/3)46.7+0.23 S0-1/2+6.3(Si)。(2-2)式中:f 铁素体体积百分数；d 铁素体晶粒的平均直径(mm)；S0 珠光体片平均间距(mm)。可见:当P少时，珠光体对强度影响不占主要地位，也即S0在(2-1)及(2-2)中不起主要作用。强度主要依赖于铁素体晶粒直径d。当P量大时，珠光体间距成为影响强度的主要因素(3).最佳的珠光体层间距 Sopt为:Sopt=6.7 10-6(D-0.12)2/3其中:D为稀释因子，其值为D=0.8fP/(%C)，fP 为P的体积百分数。可见,对于共析钢 D=1，亚共析钢
15、快冷后得到的伪共析组织D 1。三.过共析钢珠光体转变产物的力学性能过共析钢珠光体转变产物的力学性能与Fe3ClI的形态有关。Fe3C为脆性相，呈网状时会造成晶界脆断，必须消除。第二章习题第二章习题(1)片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为_.（a）亚结构 （b）魏氏组织 （c）孪晶 （d）珠光体团(2)珠光体团中相邻的两片渗碳体(或铁素体)中心之间的间距的距离称为珠光体的_.（a）直径 （b）片间距 （c）珠光体团 （d）点阵常数(3)由于形成F与C的二相平衡时,体系自由能最低,所以A只要在A1下保持足够长时间,就会得到_的二相混合物P.（a）A+P （b）A+C （c）F+C （d）A+F
16、(4)一般认为共析钢的珠光体转变的领先相是_.（a）渗碳体 （b）铁素体 （c）奥氏体 （d）渗碳体和铁素体(5)P相变时,Fe3C形核于_或A晶内未溶Fe3C粒子.（a）P晶界 （b）珠光体团交界处 （c）A晶界 （d）Fe3C/P界面(6)共析成分的奥氏体发生珠光体转变时,会发生碳在_和_中的扩散.（a）F和A （b）F和P （c）P和A （d）F和Fe3C(7)在A1温度以下发生的P转变,奥氏体与铁素体界面上的碳浓度_奥氏体与渗碳体界面上碳浓度,从而引起了奥氏体中的碳的扩散.（a）低于 （b）高于 （c）等于 （d）小于等于(8)生产中广泛应用的球化处理,通过_A化温度,短的保温时间,以
17、得到较多的未溶渗碳体粒子.（a）低的 （b）高的 （c）很高的 （d）中等的(9)球化处理由片状向粒状转变,可_,属自发过程.（a）降低结合能 （b）降低体积 （c）降低表面能 （d）降低碳浓度(10)试述球化过程中,由片状粒状转变的机制.(11)试述块状、网状和片状先共析铁素体的析出的原理.(12)珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加_.（a）先减后增 （b）不变化 （c）增加 （d）先增后减(13)珠光体转变的形核率随转变时间的增长而_,珠光体的线长大速度V与保温时间_.（a）减少,减少 （b）增大,增大（c）不变,增大 （d）增大,无明显变化(14)珠光体等温转变动力学图有一鼻
18、尖,鼻尖对应了形核率和转变速度的_.（a）最大处 （b）最小处 （c）平均值处 （d）次大处(15)亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有一_.（a）等温线 （b）共析线 （c）A1 （d）先共析(16)在A1下,共析钢的A_.（a）最不稳定 （b）最稳定 （c）转变最快 （d）转变驱动力最大(17)奥氏体化温度越高,保温时间越长,珠光体的形核率和长大速度_（a）越小 （b）越大 （c）不变 （d）先增后减(18)原始组织细,奥氏体均匀化,随之冷却后珠光体转变的I,V均_.（a）不变 （b）先增后减 （c）增大 （d）下降(19)当P片间距减小,渗碳体与铁素体_,相界面_,铁素体中位错不易滑动,故使塑变抗力增高.（a）厚,增多 （b）薄,减少 （c）薄,增多 （d）厚,减少(20)在成分相同的情况下,粒状珠光体的强度和硬度比片状的_,塑性_.（a）较高,较好 （b）较低,较低 （c）较高,较低 （d）较低,较好(21)简述派登处理在高碳钢强韧化方面的应用(22)当P量少时,亚共析钢强度主要依赖于_,P量多时,依赖于_.（a）F晶粒直径,P的片间距 （b）P的片间距,F晶粒直径（c）F体积分数,P的体积分数 （d）P的体积分数,F的体积分数