第2章钢在高温加热时的奥氏体转变

《第2章钢在高温加热时的奥氏体转变》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章钢在高温加热时的奥氏体转变（58页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第2章 钢在高温加热时的奥氏体转变研究奥氏体转变的目的本章主要内容C (4.3)E (2.11)S (0.77)P (0.0218)FDABC%6.69FeH JNA1 (727C)Fe3C铁碳相图铁碳相图+L+L+ Fe3C+ Fe3C+ Fe3CLGQKA3Accm珠光体(P)+ PP+ Fe3C2.1 奥氏体及其特点1. 奥氏体的晶体结构 碳原子溶于碳原子溶于Fe形成的间隙固形成的间隙固溶体；溶体； 表示：表示：A或或碳原子处于八面体中心间隙位置碳原子处于八面体中心间隙位置(面心立方晶胞的中心或棱边中点面心立方晶胞的中心或棱边中点)但奥氏体的最大溶但奥氏体的最大溶C量量(溶解度溶解度)仅

2、为仅为2.11% C原子进入原子进入Fe点阵间隙位置点阵间隙位置引起引起Fe点阵膨胀；点阵膨胀；C%增加，增加，奥氏体点阵常数增大奥氏体点阵常数增大2.1 奥氏体及其特点1. 奥氏体的晶体结构 C原子在原子在A当中分布是不均匀当中分布是不均匀的，存在浓度起伏的，存在浓度起伏 合金元素合金元素(Mn, Si, Cr, Ni, Co)等在等在Fe中取代中取代Fe原子的位置原子的位置而形成置换式固溶体而形成置换式固溶体2. 奥氏体的组织形态 奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转变的程度有关。一般由变的程度有关。一般由多边形等轴晶粒多边形等轴晶粒组成

3、。组成。这种形态这种形态也称为也称为颗粒颗粒状，在晶粒内部有时可以看到状，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶相变孪晶 。3. 奥氏体的性能 奥氏体是钢中的奥氏体是钢中的高温稳定相高温稳定相，但若钢中加入足够量，但若钢中加入足够量的能够扩大的能够扩大 相区的元素，则可使奥氏体在室温成为相区的元素，则可使奥氏体在室温成为稳定相。因此，奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状稳定相。因此，奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状态，以奥氏体状态使用的钢成为态，以奥氏体状态使用的钢成为奥氏体钢奥氏体钢。 FccFcc结构结构 塑性塑性 加工成形性好加工成形性好 最密排的点阵结构最密排的点阵结构 比体积小比体积小 铁原

4、子的铁原子的扩散系数小扩散系数小 热强性好热强性好 高温用钢高温用钢 线膨胀系数大线膨胀系数大 制作热膨胀灵敏的仪表元件制作热膨胀灵敏的仪表元件 导热性能差导热性能差 不宜采用过大的加热速度，以免引不宜采用过大的加热速度，以免引 起工件变形起工件变形 顺磁性顺磁性 无磁性钢，相变点和残留奥氏体的测定无磁性钢，相变点和残留奥氏体的测定2.2 钢的奥氏体等温转变 根据根据Fe-Fe3CFe-Fe3C相图，当把钢缓慢加热到共析温度以上时，相图，当把钢缓慢加热到共析温度以上时，珠珠光体光体将向将向奥氏体奥氏体转变。钢在热处理时，通常第一道工序就是把转变。钢在热处理时，通常第一道工序就是把钢加热，使之形

5、成奥氏体组织。钢加热，使之形成奥氏体组织。 通常把钢加热到临界温度以上获得奥氏体的转变过程称为通常把钢加热到临界温度以上获得奥氏体的转变过程称为奥奥氏体化过程氏体化过程。 加热时钢中奥氏体的转变过程与条件，对最终形成的奥氏加热时钢中奥氏体的转变过程与条件，对最终形成的奥氏体体晶粒尺寸、形态、转变完善程度晶粒尺寸、形态、转变完善程度( (如元素的均匀化程度如元素的均匀化程度) )等有等有重要影响，而所有这些又都必然影响到热处理后钢的最终组织重要影响，而所有这些又都必然影响到热处理后钢的最终组织和性能。和性能。原始组织原始组织加热方式加热方式u平衡组织平衡组织u非平衡组织非平衡组织u等温加热等温加

6、热u连续加热连续加热1. 奥氏体转变热力学相变驱动力奥氏体形成的热力学条件：必奥氏体形成的热力学条件：必须在一定的过热度（须在一定的过热度（T A1）条件下才能发生。条件下才能发生。实际生产 加热和冷却时的相变是在不平衡的条件下进行的；加热和冷却时的相变是在不平衡的条件下进行的； 相变温度与平衡临界温度之间有一定差异；相变温度与平衡临界温度之间有一定差异； 加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温；加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温； 加热和冷却速度越快偏差越大。加热和冷却速度越快偏差越大。加热时：加热时：实际转变温度移向高温，以实际转变温度移向高温，以Ac表示表示Ac1、Ac3、Accm冷

7、却时：冷却时：实际转变温度移向低温，以实际转变温度移向低温，以Ar表示表示Ar1、Ar3、Arcm0.125 C/min钢在加热和冷却时临界温度的意义钢在加热和冷却时临界温度的意义Ac1加热时珠光体向奥氏体转变的开加热时珠光体向奥氏体转变的开 始温度；始温度； Ar1冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度； Ac3加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；Ar3冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度；冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度； Accm 加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度加热时二次渗碳体全部溶

8、入奥氏体的终了温度; Arcm冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。 2. 奥氏体转变机制以共析钢为例(1) 奥氏体的形核形核的成分、结构条件形核的成分、结构条件点阵结构：点阵结构： 体心立方体心立方 复杂正交复杂正交 面心立方面心立方奥氏体形核必须依靠系统内的能量起伏、浓度起伏和结构起伏来实现形核位置形核位置通常在铁素体和渗碳体的相界面处(1) 在两相界面处，碳原子的浓度差较大，有利于获在两相界面处，碳原子的浓度差较大，有利于获得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；(2) 两相界面处，原子排列不规则，铁原子有可能通两相界面处，原子排

9、列不规则，铁原子有可能通过短程扩散由母相点阵向新相点阵转移，从而促过短程扩散由母相点阵向新相点阵转移，从而促使奥氏体形核，即形核所需的结构起伏较小；使奥氏体形核，即形核所需的结构起伏较小；(3) 在两相界面处，杂质及其它晶体缺陷较多，具有在两相界面处，杂质及其它晶体缺陷较多，具有较高的畸变能，新相形核时可能消除部分晶体缺较高的畸变能，新相形核时可能消除部分晶体缺陷而使系统的自由能降低。陷而使系统的自由能降低。两相界面处形核，容易满足奥氏体晶核形成所需的能量起伏、浓度起伏和结构起伏，有利于晶核的形成。珠光体团的边界珠光体团的边界先共析铁素体镶嵌块边界先共析铁素体镶嵌块边界通过渗碳体的溶解、碳原子

10、在奥氏体中的扩散，以及奥氏体两侧的界面向铁素体和渗碳体推移来实现的。(2) 奥氏体晶核长大当铁素体完全转变为奥氏体时，仍有部分渗碳体没有当铁素体完全转变为奥氏体时，仍有部分渗碳体没有转变为奥氏体，转变为奥氏体，称为残余碳化物称为残余碳化物。(1)A/F界面向F推移速度A/Fe3C界面向Fe3C推移速度(2) 刚形成的A平均碳含量v，所以奥氏体形成温度越高，所以奥氏体形成温度越高，获得的起始晶粒度就越细小获得的起始晶粒度就越细小 T ， 相变的不平衡程度增大，在铁相变的不平衡程度增大，在铁素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多，素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多，因而奥氏体基体的平均碳含量降低。因而

11、奥氏体基体的平均碳含量降低。有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性奥氏体形成温度奥氏体形成温度/ C735760780850900基体碳含量(相消失时)/%0.770.690.610.510.46奥氏体转变的影响因素(2) 碳含量碳含量(3) 原始组织的影响原始组织的影响(4) 合金元素合金元素通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度 强碳化物形成元素强碳化物形成元素Cr、Mo、W等等，降低碳在奥氏体中扩，降低碳在奥氏体中扩散系数，散系数，推迟珠光体转变为奥氏体推迟珠光体转变为奥氏体；非碳化物形成元素非碳化物形成元素Co、Ni等等增大碳在奥氏体中的扩散系数，