加热速度及原始组织对珠光体转变为奥氏体转变温度的影响之研究
热处理
一、填空1.热处理工艺包含五个要素：加热介质、加热速率、加热温度、保温时间、冷却速率2.钢在加热过程中奥氏体的形成是通过形核和长大的方式进行的3.根据珠光体片间距的大小，可将珠光体分为三类：A1~650℃内形成片状珠光体，在650~600℃内形成索氏体，在600~550℃内形成屈氏体。
屈氏体的力学性能最好4.奥氏体化过程包括形核、长大、残余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。
5晶粒越细小，金属材料的强度和硬度便越高。
6.决定回火后的组织和性能的重要因素是回火温度，低温回火温度一般为150~250℃，中温回火温度一般为350~500℃，高温回火温度一般为500~650℃。
7.淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火。
8.马氏体有两种基本形态：一种是板条状马氏体，另一种是透镜片状马氏体，板条状马氏体性能好。
9.总的来说，除Co和Al以外的所有合金元素，当其溶解到奥氏体中后，都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，并使Ms点降低，临界淬火冷却速度减小。
10.钢中马氏体的性能特点是具有：高硬度和高强度，马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。
塑性和韧性主要取决于马氏体的碳质量分数和亚结构。
二、问答题1.何谓钢的正火？应用有哪些？将钢加热到Ac3或Ac cm以上30~50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化后，在空气中冷却得到珠光体类型组织的热处理工艺称为正火。
（1）低碳钢选用正火作为预先热处理，可改变切削加工性能。
（2）消除中碳钢热加工缺陷。
（3）消除过共析钢的网状碳化物。
（4）提高普通结构件的力学性能。
（5）避免淬火时的变形和开裂。
2.淬火钢在回火时的组织转变。
淬火钢的回火是淬火马氏体分解，碳化物析出聚集长大，残余奥氏体转变及铁素体再结晶的综合过程，这一过程是由非平衡态向介稳态或稳定态的转变。
3.控制奥氏体晶粒尺寸的工艺措施有哪些？（1）两相区或临界区加热。
（2）“零”保温。
（3）快速加热。
（4）细化原始组织。
过冷奥氏体转变总结
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/dτ→∞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/dτ= 0，为等温冷却；
(b) dT/dτ= C，为连续冷却； (c) dT/dτ= f(τ)，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
（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。
(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。
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 位置增加，形核率增加，C曲线左移。
上述二种影响，当珠光体转变是在高温时更为剧 烈。
（2）对马氏体转变
加热温度和保温时间的影响是两方面的。① 提高奥氏体化加热温度和保温时间，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提高奥氏体化加热 温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶入奥 氏体中。Ms下降。若排除化学成分的影响，提 高奥氏体化加热温度和保温时间，使MS升高。 （3）对贝氏体转变
工程材料练习题钢的热处理练习题
第六章钢的热处理练习题一、填空题1．钢加热时奥氏体形成是由（）、（）、（）和（）四个基本过程所组成。
2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是（ ) ，不同点是（）。
3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（）状，而下贝氏体则呈（）状。
4．与共析钢相比，非共析钢C 曲线的特征是（）。
5．马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种，其中（）的韧性较好。
6．钢的淬透性越高，则其C 曲线的位置越（），说明临界冷却速度越（）。
7．钢的热处理工艺是由（）、（）、（）三个阶段组成。
一般来讲，它不改变被处理工件的（），但却改变其（）。
8．利用Fe-Fe3C 相图确定钢完全退火的正常温度范围是（），它只适应于（）钢。
9．球化退火的主要目的是（），它主要适用于（）。
10．钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是（），对过共析钢是（）。
11．当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS 点越( )，转变后的残余奥氏体量就越（）。
12．在正常淬火温度下，碳素钢中共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都（）。
13．钢热处理确定其加热温度的依据是（），而确定过冷奥氏体冷却转变产物的依据是（）。
14．淬火钢进行回火的目的是（），回火温度越高，钢的硬度越（）。
15．钢在回火时的组织转变过程是由（）、（）、（）和（）四个阶段所组成。
16．化学热处理的基本过程包括（）、（）和（）三个阶段。
17．索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（），在性能上的区别是（）。
18．参考铁碳合金相图，将45 号钢及T10 钢（已经过退火处理）的小试样经850 ℃ 加热后水冷、850 ℃ 加热后空冷、760 ℃ 加热后水冷、720 ℃ 加热后水冷等处理，把处理后的组织填入表3 -3 -1 。
二、不定项选择题1．钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于（）。
a．奥氏体的本质晶粒度 b．奥氏体的实际晶粒度c．奥氏体的起始晶粒度 d．奥氏体的最终晶粒度2．奥氏体向珠光体的转变是（）。
金属热处理思考题
《金属热处理》思考题第二章钢在加热时的转变1．说明A1、A3、Acm、Ａc1、，Ac3、Accm、Ａr1、Ａr3、Ａrcm各临界点的意义。
2．奥氏体形成的全过程经历了那几个阶段？简答各阶段的特点。
3．奥氏体的形核部位在哪里优先及条件？4．哪些因素影响（及如何影响）奥氏体的形成速度？其中最主要的因素是什么？5．为什么说钢的加热相变珠光体向奥氏体转变的过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。
6．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？7．什么是奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度？8．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？9．钢件加热时欠热，过热，过烧有何不同？能否返修？10.奥氏体是高温相，在一般钢中冷却下来就已经不存在了，谈论Ａ体晶粒大小，还有什么实际意义？11.钢件加热时过热会造成什么不良后果？12. 什么是珠光体向奥氏体转变过热度？它对钢的组织转变有何影响？第三章珠光体转变与钢的退火和正火１．简述珠光体的形成过程。
２．什么是珠光体？性能如何？如何获得珠光体？３．珠光体有哪几种组织形态？片状珠光体的片间间距决定于什么？它对钢的性能有何影响？４．珠光体的形成条件、组织形态和性能方面有何特点？５．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？６．亚共析钢中铁素体和过共析钢中渗碳体有哪几种组织形态？它们对性能有何影响？７．若共析钢加热到Ａ体状态，然后进行等温转变和连续冷却转变，均获得片状珠光体，但其组织特征有何区别？８．为什么说钢的珠光体转变过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。
９．分析渗碳体球化过程的机制和高碳钢要进行球化退火的原因。
１０．45钢制零件820℃加热后分别进行退火和正火，其显微组织有什么不同？性能有什么不同？１１．何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？１２．正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？第四章马氏体转变１．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？２．马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？３．钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变，马氏体相变有何特点？４．条状Ｍ体和片状Ｍ体在强度，硬度，韧性等方面的性能差异如何？５．0.2%Ｃ，1.0%Ｃ钢淬火后的Ｍ体形态和亚结构有什么异同？６．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？７．Ｍ体的强化机构有哪几个方面？８．Ｍs点位置高低有什么实际意义？它受哪些因素的影响？其中主要的因素是什么？９．淬火钢中Ａ残的存在有什么影响？决定Ａ残量的因素有哪些？在热处理操作上如何控制？１０．试分析如何通过控制热处理工艺因素提高中碳钢件和高碳钢件的强韧性。
材料学习题第6章-钢的热处理
第四章钢的热处理一、名词概念解释1、再结晶、重结晶2、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体4、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体5、临界冷却速度6、退火、正火、淬火、回火7、调质处理8、淬透性、淬硬性二、思考题1、何谓热处理? 热处理有哪些基本类型? 举例说明热处理与你所学专业有何联系?2、加热时, 共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程? 而亚共析钢和过共析钢奥氏体形成有什么主要特点?3、奥氏体形成速度受哪些因素影响?4、如何控制奥氏体晶粒大小?5、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?6、何谓淬火临界冷却速度VK ? VK的大小受什么因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?7、试述退火、正火、淬火、回火的目的, 熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。
8、正火与退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火及退火?9、常用的淬火方法有哪几种? 说明它们的主要特点及应用范围。
10、常用的淬火冷却介质有哪些? 说明其冷却特性、优缺点及应用范围。
11、为什么工件经淬火后往往会产生变形, 有的甚至开裂? 减少变形及防止开裂有哪些途径?12、常用的回火操作有哪几种? 指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P A的转变过程伴随着铁原子的＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3、加热时, 奥氏体的形成速度主要受到＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的影响。
4、在钢的奥氏体化过程中, 钢的含碳量越高, 奥氏体化的速度越＿＿＿＿＿, 钢中含有合金元素时, 奥氏体化的温度要＿＿＿＿＿一些, 时间要＿＿＿＿＿一些。
5、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
影响奥氏体形成的因素
影响奥氏体形成因素奥氏体的形成是通过形核与长大过程进行的，整个过程受原子扩散所控制。
因此凡是影响扩散、影响形核与长大的一切因素，都会影响奥氏体的形成速度。
链轮高频淬火就是形成奥氏体然后淬火马氏体，最后形成回火马氏体的一个过程，所以研究奥氏体的形成因素，对高频淬火及后续的检验分析淬火马氏体（出现铁素体的量的多少）的等级有本质的关系。
一加热温度和保温时间上图描述了珠光体向奥氏体的转变过程，将共析钢试样迅速加热到Ac1以上各个不同温度保温，记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间，绘制转变温度和时间坐标如图。
分析图，在Ac1以上某一温度保温时，奥氏体并不立即出现，而是保温一段时间后才开始形成，这段时间称为孕育期。
这是由于形成奥氏体晶核需要原子的扩散，而扩散需要一定的时间。
随着加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，相变驱动力ΔGv迅速增加以及奥氏体中碳的浓度梯度显著增大，使奥氏体的形核率和长大速度大大增加，故转变的孕育期和转变完成所需要时间也显著缩短，即奥氏体的形成速度越快。
在影响奥氏体形成速度的诸多因素中，温度的作用最为显著。
因此，控制奥氏体的形成温度至关重要。
在较低的温度（在Ac1线上某一温度）长时间加热和较高温度下短时间加热都可以得到相同的奥氏体状态。
在生产中，连续加热过程中，奥氏体等温转变的基本规律不变。
如图，在不同的加热速度（v1、v2），可以观察出连续加热条件下奥氏体形成的基本规律。
加热速度越快，孕育期越短，奥氏体开始转变的温度和转变的终了温度越高，转变终了所需要的时间越短。
加热速度越慢，转变将在较低温度下进行。
二原始组织的影响钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体和渗碳体组织越细，相界面越多，奥氏体的形核越多，晶核长大越快，因此，加速奥氏体的形成。
如共析钢的原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时，则等温奥氏体化曲线如下图：不同原始组织共析钢等温奥氏体曲线。
金属材料与热处理简答
答：①在一定外力作用下不同晶粒的各滑移系的分切应力值相差很大。②它的变形不是孤立的和任意的，临近的晶粒之间必须相互协调配合③多晶体的塑性具有不均匀性。
【19】问：对霍尔-佩奇公式可做如下说明？
答：在多晶体中，屈服强度是与滑移从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒密切相关的，而这种转移能否发生，主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所发生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。根据τ=nτ0的关系式，应力集中τ的大小决定于塞积群的位错数目n，n越大，则应力集中也越大。当外加应力和其他条件一定时，位错数目n是与引起塞积的障碍——晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，则这个距离越大，n也就越大，所以应力集中也越大；晶粒小，则n也小，应力集中也小，因此在同样外加应力下，大晶粒的位错塞积所造成的应力集中激发相邻晶粒发生塑性变形的机会比小晶粒要大的多。小晶粒的应力集中小，则需要再较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。这就是为什么晶粒越细，屈服强度越高的主要原因。
【11】问：影响表面能的因素？
答：①外部介质的性质②裸露晶面的原子密度③晶体表面的曲率。此外，表面能的大小还与晶体的性质有关。
【12】问：金属的结晶形核要点？
答：①液态金属的结晶必须在过冷的液体中进行，液态金属的过冷度必须大于临界过冷度，经胚尺寸必须大于临界晶核半径rk。②rk值大小与晶核表面能成正比，与过冷度成反比。③形核既需要结构起伏，也需要能量起伏，二者皆是液体本身存在的自然现象。④晶核的形成过程是源自的扩散迁移过程，因此结晶必须在一定温度下进行。⑤在工业生产中，液体金属的凝固总是以非均匀形核方式进行。
【17】问：孪生的主要特点？
答：①孪生是在切应力的作用下发生的，但孪生所需的临界切应力远远高于滑移时的临界切应力。②只有在滑移很难进行的条件下，晶体才发生孪生变形，如一些具有密排六方结构的金属滑移系少，在晶体取向不利于滑移时常以孪生方式进行塑性变形③孪生变形速度极快，常引起冲击波，并伴随声响。4由于孪晶的形成改变了晶体的位向，从而使其中某些原来位于不利取向的滑移系转变到有利于发生滑移的位置，可以激发进一步的滑移变形，使金属的变形能力得到提高。
热处理复习题
热处理复习题热处理复习思考题名词解释：奥⽒体转变, 钢件加热到临界点以上，是指转变成奥⽒体的变化。
晶粒度，是表⽰晶粒⼤⼩的⼀种尺度。
晶粒度级别的评定标准晶粒度的级别N与晶粒⼤⼩之间的关系为：n=2N-1珠光体转变，过冷奥⽒体在临界温度A1以下⽐较⾼的温度范围内进⾏的转变，共析碳钢约在A1~500℃温度之间发⽣，⼜称⾼温转变。
贝⽒体转变，在珠光体转变区与马⽒体转变区之间的较宽温度区间内，过冷奥体的转变。
（中温转变）马⽒体转变，晶体通过切变（原⼦沿相界⾯作协作运动）进⾏的⾮扩散性相变。
热稳定化，淬⽕冷却时，因缓慢冷却或在冷却过程中等温停留⽽引起Ａ稳定性提⾼，⽽使Ｍ转变迟滞的现象称为奥⽒体的热稳定化退⽕，将组织偏离平衡状态的⾦属或合⾦加热—保温—缓慢冷却（炉冷或砂埋），达到接近平衡状态组织热处理⼯艺。
完全退⽕，【亚共析钢】将铁基合⾦完全A化，缓冷，获得接近平衡态组织（F+P）。
球化退⽕，【⾼碳钢，共析及过共析钢】使钢中的碳化物球状化的退⽕⼯艺球P：弥散分布于F基本上的球状碳化物组织。
正⽕，将钢材或钢件加热到Ac3（Accm）＋30~50℃，保温适当时间，空冷，获得含有P的均匀组织。
淬⽕，将钢加热A化后，以⼤于临界冷速冷却获得M的热处理⼯艺回⽕，将淬⽕后的钢在A1以下温度加热，使其转变成为稳定的回⽕组织，并以适当⽅式冷却的⼯艺过程。
淬透性，指钢在淬⽕时能够获得M的能⼒，它是钢材本⾝的⼀种属性。
它主要与钢的过冷A的稳定性与临界淬⽕冷却速度有关。
淬⽕应⼒，⼯件在淬⽕过程中会产⽣内应⼒，根据内应⼒产⽣原因的不同，淬⽕应⼒分为热应⼒和组织应⼒（或相变应⼒）两种。
热应⼒，由于淬⽕是⼯件冷却不均匀导致的内应⼒组织应⼒，淬⽕时导致的相变的差异或相变的不同时性所造成的内应⼒。
调质处理，结构钢淬⽕+⾼温回⽕，以获得综合机械性能为⽬的，称为调质处理回⽕脆性，随回⽕温度的升⾼，冲击韧性反⽽下降的现象。
第⼀类回⽕脆性200~350℃之间，也称为低温回⽕脆性第⼆类回⽕脆性450~650℃之间，也称为⾼温回⽕脆性。
钢的热处理原理 (2)
钢的热处理原理9-1概述一、热处理的作用热处理是将钢在固态下加热到预定温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。
其目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。
通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶几十个。
恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。
++热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序。
此外，通过热处理还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。
二、热处理和相图原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。
纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。
现以Fe- FeC相图为例进3一步说明钢的固态转变。
共析钢加热至Fe- FeC相3图PSK线（A线）以上全部转1 变为奥氏体；亚、过共析钢则必须加热到GS线（A线）和ES3 线（A线）以上才能获得单相cm 奥氏体。
钢从奥氏体状态缓慢冷却至A线以下，将发生共析转1 变，形成珠光体。
而在通过A3线或A线时，则分别从奥氏体cm中析出过剩相铁素体和渗碳体。
但是铁碳相图反映的是热力学上近于平衡时铁碳合金的组织状态与温度及合金成分之间的关系。
A线、A线和A13cm线是钢在缓慢加热和冷却过程中组织转变的临界点。
实际上，钢进行热处理时其组织转变并不按铁碳相图上所示的平衡温、Ac、Ac；而把冷却时的实际临界温度标以字13cm度进行，通常都有不同程度的滞后现象。
即实际转变温度要偏离平衡的临界温度。
加热或冷母“r”，如Ar、Ar、Ar等。
却速度越快，则滞后现象越严重。
图9-3表示钢加热和冷却速度对碳钢临界温度的影响。
固态相变题库及答案
固态相变课程复习思考题2012-5-171.说明金属固态相变的主要分类及其形式2.说明金属固态相变的主要特点3.说明金属固态相变的热力学条件与作用4.说明金属固态相变的晶核长大条件和机制5.说明奥氏体的组织特征和性能6.说明奥氏体的形成机制7.简要说明珠光体的组织特征8.简要说明珠光体的转变体制9.简要说明珠光体转变产物的机械性能10.简要说明马氏体相变的主要特点11.简要说明马氏体相变的形核理论和切边模型12.说明马氏体的机械性能，例如硬度、强度和韧性13.简要说明贝氏体的基本特征和组织形态14.说明恩金贝氏体相变假说15.说明钢中贝氏体的机械性能16.说明钢中贝氏体的组织形态17.分析合金脱溶过程和脱溶物的结构18.分析合金脱溶后的显微组织19.说明合金脱溶时效的性能变化20.说明合金的调幅分解的结构、组织和性能21.试计算碳含量为2.11%（质量分数）奥氏体中，平均几个晶胞有一个碳原子？22.影响珠光体片间距的因素有哪些？23.试述影响珠光体转变力学的因素。
24.试述珠光体转变为什么不能存在领先相25.过冷奥氏体在什么条件下形成片状珠光体，什么条件下形成粒状珠光体26.试述马氏体相变的主要特征及马氏体相变的判据27.试述贝氏体转变与马氏体相变的异同点28.试述贝氏体转变的动力学特点29.试述贝氏体的形核特点30.熟悉如下概念：时效、脱溶、连续脱溶、不连续脱溶。
31.试述Al-Cu合金的时效过程，写出析出贯序32.试述脱溶过程出现过渡相的原因33.掌握如下基本概念：固态相变、平衡转变、共析相变、平衡脱溶、扩散性相变、无扩散型相变、均匀形核、形核率1.说明金属固态相变的主要分类及其形式？（1）按热力学分类：①一级相变②二级相变（2）按平衡状态图分类：①平衡相变㈠同素异构转变和多形性转变㈡平衡脱溶沉淀㈢共析相变㈣调幅分解㈤有序化转变②非平衡相变㈠伪共析相变。
㈡马氏体相变。
㈢贝氏体相变。
㈣非平衡脱溶沉淀。
奥氏体的形成
3.பைடு நூலகம்
Isothermal Kinetic Curve Of Eutectoid Carbon Steel
• 2. A的形核与长大的经验公式 (1) A的形核率 I(1/S·mm3)，可写作： • I ＝ Ch*exp(-Q/KT)exp(-W/KT) • 式中，K：玻耳兹曼常数；Q：扩散激活能；W：临界形 核功；Ch：常数，与A核所需碳含量有关。 • (a).形核与扩散有关 • D = D0 exp(-Q/KT)， • T↑， Q一定， exp(-Q/KT)↑，D↑ • (b).形核与临界形核功W有关 • W = k * 1/(△GV)0.5， • 式中，k为常数；△GV：单位体积A与珠光体自由能之 差。T↑，△GV↑，W↓，exp(-W/KT)↑。 • (c). 形核与A含碳量有关 T↑， A中最低含碳量沿GS线降低，形核所需含碳 量↓，Ch↑， ∴ T↑， I↑。
• 2. 原因 Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线(见图1-2-3)，S点 不在CA-F与CA-C中点，而稍偏右。所以A中平均碳浓度， 即(CA-F + CA-C)/2低于S点成分。当F全部转变为A后， 多余的碳即以Fe3C形式存在。通过继续保温，使未溶 渗碳体不断溶入A中。
•
• 五. 奥氏体的均匀化 渗碳体转变结束后，奥氏体中碳浓度不均 匀(原F部分碳浓度低，原碳化物部分碳浓度 高)，要继续保温通过碳扩散使奥氏体均匀化。 • 小结： 共析碳钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原 子的扩散，通过形核—长大—碳化物溶解—奥 氏体均匀化四个步骤实现的。
• 2. 碳原子在铁素体内部的扩散
由于F中与A交界的界面浓度CF-A < CF-C (F中与Cm交 界的界面浓度），碳原子向A一侧扩散，使F中碳浓度 升高，有利于向奥氏体的转化。 • 四.渗碳体的溶解 1. 实验现象 （a）F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变。 • （b）测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77%。
原理第4、5章钢中奥氏体的形成
合金元素对力学性能影响
提高强度和硬度
合金元素如铬、钼等能够显著提高钢的强度和硬度， 改善其耐磨性。
改善韧性
镍、锰等元素则能够改善钢的韧性，提高其抗冲击能 力。
对疲劳性能的影响
一些合金元素如钒、钛等能够细化晶粒，提高钢的疲 劳性能。
05 热处理工艺参数优化与控 制
加热温度和保温时间选择依据
钢的化学成分
奥氏体形成的热力学条件
奥氏体形成的动力学过程
奥氏体对钢性能的影响
奥氏体是钢在加热到临界温度 以上时形成的晶体结构，具有 良好的塑性和韧性。
加热温度和冷却速度是影响奥 氏体形成的两个重要因素。加 热温度越高，奥氏体形成越容 易；冷却速度越快，奥氏体稳 定性越差。
包括形核和长大两个阶段。形 核是通过原子扩散和重新排列 形成新晶核的过程；长大则是 新晶核不断吞噬周围原子而长 大的过程。
合金元素对临界点影响
提高临界点
合金元素如铬、钨、钼等，能够显著 提高钢的临界点，使奥氏体化温度范 围扩大。
降低临界点
镍、锰等元素则能够降低临界点，使 奥氏体化更容易进行。
合金元素对组织稳定性影响
稳定奥氏体
合金元素如钴、铝等能够提高奥氏体的稳定性，使其在较高温度下仍能保持稳 定。
促进其他组织形成
如硅、钨等元素则能促进铁素体、渗碳体等其他组织的形成，对奥氏体稳定性 产生一定影响。
回归分析
利用回归分析可以建立热处理工艺参数与性能指标之间的数学模型， 通过求解模型可以得到最优的热处理工艺参数组合。
人工智能算法
利用人工智能算法可以对热处理工艺参数进行全局优化，找到全局最 优解，提高热处理效果和生产效率。
06 总结：钢中奥氏体形成原 理及实践应用
钢的热处理-奥氏体的形成
合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的机制
（1）化合物机械阻碍理论
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr等元素 在钢中形成很多细小均匀分布的难熔化合 物 ， 主 要 是 碳 化 物 和 氮 化 物 （ NbC, VC, TiC, NbN, VN, TiN, AlN等等），它们分布 在奥氏体的晶界上，机械地阻碍晶界的迁 移，使晶粒难以长大。Al2O3和硫化物也有 阻碍奥氏体晶界移动的作用。
温度
ν
ν
珠光体向奥氏体等温转变示意图
ν
原始组织
746℃保温5秒
ν
ν
ν 746℃保温15秒
奥氏体的形成过程
746℃保温60秒
共析钢高温奥氏体的显微组织（1000倍）
奥氏体形成的动力学
1、奥氏体等温形成动力学曲线
动力学曲线的做法： 将若干小试样以很快的速度加热到Ac1温
度以上不同温度，保温不同时间，测出每 个温度下不同保温时间试样中奥氏体的量。
热力学条件：奥氏体转变需要一定的过热度
奥氏体的形成机理
奥氏体形成的两种方式： 1）扩散方式 2）非扩散方式
扩散方式进行的奥氏体转变
奥氏体的形成符合相变的普遍规律：通过 形核长大方式进行。
临界晶核的形成需要一定的能量起伏和浓 度起伏。
形核地点：晶界、亚晶界、晶体缺陷、非 金属夹杂区域。
最有利的形核地点：珠光体中铁素体和渗 碳体的相界面。
奥氏体晶粒度的几个概念
初始晶粒度：是指加热时奥氏体转变过程 刚刚结束时的奥氏体晶粒大小。
实际晶粒度：热处理时某一具体加热条件 下最终所得到的奥氏体晶粒的大小。
本质晶粒：钢奥氏体晶粒的长大趋势，容 易长大的称为本质粗晶粒钢，晶粒不容 易长大的称为本质细晶粒钢。
08讲 钢在加热、冷却时组织的转变
《机械制造技术基础》教案教学内容: 钢在加热和冷却时的组织转变教学方式：结合实际, 由浅如深讲解1．教学目的:2．掌握钢在加热时组织转变——钢的奥氏体化；3．明确过冷奥氏体的等温转变；4．掌握冷奥氏体连续冷却转变。
重点、难点: 钢的奥氏体化过冷奥氏体的等温转变冷奥氏体连续冷却转变教学过程:1.3 钢的热处理热处理: 采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。
热处理的分类:1. 整体热处理: 对工件整体进行穿透加热的热处理, 如退火、正火、淬火、回火等。
2．表面热处理：仅对表面进行热处理的工艺, 如火焰淬火、感应淬火等。
3．化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温, 使一种或几种元素渗入它的表层, 以改变其化学成分、组织和性能的热处理, 如渗碳等。
钢的热处理过程包括加热、保温和冷却三个阶段。
其主要工艺参数是加热温度、保温时间和冷却速度。
1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变1.3.1.1钢在加热时组织转变Fe-Fe3C相图相变点A1.A3.Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中, 加热和冷却并不是极其缓慢的, 因此, 钢的实际相变点都会偏离平衡相变点。
即: 加热转变相变点在平衡相变点以上, 而冷却转变相变点在平衡相变点以下。
通常把实际加热温度标为Ac1.Ac3.Accm、Ar1.Ar3.Arcm。
如图6-1所示。
图6-1 钢在加热、冷却时的相变温度钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变, 加热到Ac3和Accm以上时, 便全部转变为奥氏体, 这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。
1）1. 奥氏体的形成2）珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。
由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物, 铁素体与渗碳体的晶包类型不同, 含碳量差别很大, 转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程, 如图4－2所示。
钢在加热时的组织转变
钢在加热时的组织转变
实际晶粒度是指钢在具体的热处理或热加工 条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。实际晶粒度 直接影响钢件的性能。实际晶粒度一般比起始晶 粒度大，因为热处理生产中，通常都有一个升温 和保温阶段，就在这段时间内，晶粒有了不同程 度的长大。
钢在加热时的组织转变
不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的 奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，而有些钢的奥氏体 晶粒则不容易长大，如图1-3所示。根据奥氏体晶粒长大倾向的 不同，将钢分为两类：一类与曲线1相似，另一类与曲线2相似。 符合曲线1的钢，晶粒长大倾向大，称为本质粗晶粒钢。符合曲 线2的钢，晶粒长大倾向小，称为本质细晶粒钢。所以“本质晶 粒”并不指具体的晶粒，而是表示某种钢的奥氏体晶粒长大的倾 向性。“本质晶粒度”也不是晶粒大小的实际度量，而是表示在 规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向性的高低。
钢在加热时的组织转变
（3）残余渗碳体的溶解。在奥氏体形成过程中，铁素体比 渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这 部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥 氏体，直至全部消失。
（4）奥氏体均匀化。当残余渗碳体全部溶解时，奥氏体中 的碳浓度仍然是不均匀的，在原来渗碳体处含碳量较高，而在 原来铁素体处含碳量较低。如果继续延长保温时间，通过碳的 扩散，可使奥氏体的含碳量逐渐趋于均匀。
在连续加热时，随着加热速度的增大，奥氏 体形成温度升高，形成的温度范围扩大，形成所 需的时间缩短。
钢在加热时的组织转变
二、 奥氏体晶粒的长大及其影响因素 1. 奥氏体晶粒度的概念
根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度 可分为起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。
起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥 氏体晶粒度。一般奥氏体的起始晶粒度比较小，继续加热 或保温将使它长大。
奥氏体组织及性能[资料]
![奥氏体组织及性能[资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/d5706429abea998fcc22bcd126fff705cc175ce6.png)
奥氏体组织及性能[资料]奥氏体的组织及性能奥氏体的组织结构:奥氏体是碳溶于γ-Fe所形成的固溶体。
碳原子位于γ-Fe八面体间隙的中心，即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中点，如图1所示。
假如每一个八面体间隙中心各容纳一个碳原子，则碳在奥氏体中的最大溶解度应为20%(质量)。
但实际上碳在γ-Fe中的最大溶解度仅为2.11%(质量)。
这是因为γ-Fe八面体间隙的半径仅为0.052nm，小于碳原子的半径0.077nm。
碳原子的溶入将使该八面体间隙发生膨胀而使周围的八面体间隙减小。
因此不是所有的八面体中心均能容纳入一个碳原子。
图1 奥氏体的晶体结构图2 奥氏体点阵参数与碳含量的关系碳原子的溶入使γ-Fe的点阵发生畸变，点阵参数增大。
溶入的碳越多，奥氏体的点阵参数越大(如上图2所示)。
碳原子在奥氏体中的分布是不均匀的，存在着浓度梯度。
在合金钢的奥氏体中，除碳原子外，溶于γ-Fe中的还有合金元素原子。
碳、氮等间隙原子位于γ-Fe八面体间隙的中心，而锰、硅、铬、镍、钴等合金元素的原子则置换部分铁原子，处于面心立方点阵的结点位置。
奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度以及加热转变的程度等有关，可以是颗粒状(图3)，也可以是针状，一般均为颗粒状。
但非平衡态的含碳量较低的钢以较低的速度加热到(α+γ)两相区时可以得到针状奥氏体(图4)。
加热转变刚结束时所得的颗粒状奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则弧形。
经过一段时间高温保温后，奥氏体晶粒将长大，晶粒边界将通过平直化而变直，呈等轴多边形。
有的奥氏体晶粒内还可能存在孪晶。
图5为Mn18钢经1050~1080?固溶处理得到的孪晶奥氏体，晶界上有极少量碳化物，晶粒大小不一，孪晶线明显。
由于各晶粒位向不同，各晶粒截面受蚀程度不同，表现出不同色泽。
图3 1Cr18Ni9Ti固溶处理图4 奥氏体的图5 Mn18钢带有后的等轴奥氏体颗粒状组织针状组织孪晶的奥氏体奥氏体的性能:奥氏体是钢中的高温稳定相，但若钢中加入足够量的能扩大γ相区的元素，则可使奥氏体在室温成为稳定相。
第四章 钢中奥氏体的形成
上述元素都使得铁碳相图的S点、E点左移，使共析 点含碳量及出现莱氏体的含碳量降低，会使钢的组织发 生很大变化，如图所示。例如，含Cr 12%, C 0.4%的钢 已为过共析钢。作刀具的高速钢其含碳量只有 0 .7～ 0 .8%，在铸态下的组织中有莱氏体而变成为莱氏体钢。
第二节 奥氏体的形成
二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
合金元素加入钢中，对铁碳相图的相区、相变温度、共析点 成分等有影响。合金元素会使奥氏体单相区扩大或缩小。 C、N、Co、Ni、Mn、Cu都会使奥氏体相区扩大，称为奥 氏体形成元素，以Ni、Mn影响最强。 Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等使奥氏体单相区缩小，称为 铁素体形成元素。 钢中的奥氏体形成元素如 Mn、Ni含量增加，使铁碳相图 的奥氏体相区范围扩大，A1、 A3线下降，共析点S（E点）向 左下方(低温、低碳方向移动)。 当其含量较高时，由于奥氏体相 区大大扩大，使钢在室温时 仍 处于单相奥氏体状态而获得奥氏 体钢。 Mn对铁碳合金相图的影响
C%
F C1
Fe3C
A
C2 C3 C4
珠光体片间距
奥氏体晶核长大示意图
第二节 奥氏体的形成
四、奥氏体核的长大
2、奥氏体晶格改组： (1)一般认为，平衡加热过热度很小时，通过Fe 原子自扩散完成晶格改组。 (2)也有人认为，当过热度很大时，晶格改组通过 Fe原子切变完成。
DC
第二节 奥氏体的形成
第二节 奥氏体的形成
三、奥氏体核的形成 钢在加热过程中奥氏体的形成是通过形 核和长大方式进行的。奥氏体的晶核究竟 应在什么位置形核？ 首先我们先回忆一下钢在室温时的平衡 组织。
亚共析钢室温平衡组织
工程材料与热处置第5章作业题参考答案
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？什么缘故说奥氏体晶粒大小直接阻碍冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是阻碍利用性能的重要指标，要紧有以下因素阻碍奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时刻。
加热温度越高，保温时刻越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，那么奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时刻不能太长，不然晶粒反而加倍粗大。
（3）钢的化学成份。
在必然含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大偏向增加，但当含碳量超过必然限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大偏向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶的强度与尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是常数，σs是，d是平均直径。
显然，尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
但是常温下的晶粒是和晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了晶粒度。
因此晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有专门大阻碍。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，另外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可取得哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温进程中，什么缘故550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳固性同时由两个因素操纵：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，那么加速过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
资料：固态相变作业(一)
材料相变作业（一）3120102244 陈丹科1、金属固态相变有哪些特征？试述相变的驱动力和阻力。
金属固态相变的特征：1)金属固态相变具有相界面：金属固态相变时，新旧两相都是固相，可产生共格界面、半共格界面和非共格界面。
2)金属固态相变时新相和母相之间往往存在一定的位相关系，而且新相往往在在母相一定的晶面上开始形成，即存在惯习面。
3)金属固态相变时，由于受到周围母相的约束，新相不能自由胀缩，因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额外地增加了一项弹性应变能。
4)新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。
5)固态晶体中存在着晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷，金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。
6)在很多情况下，由于新相和母相的成分不同，金属固态相变必须通过某些组元的扩散才能进行，这时扩散便成为相变的控制因素。
原子扩散速度对固态相变有显著的影响。
相变的驱动力：新旧两相的自由能差相变的阻力：界面能，弹性应变能2、分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用。
晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域，在这些区域形核时，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。
新旧两相自由能差∆G=V∆G V+Sσ+εV−∆G d，其中∆G d为缺陷消失所降低的能量，因此，可以认为晶体缺陷提供了形核的一部分驱动力。
在固态相变中，均匀形核的形核功最大，空位形核功次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。
3、计算金属固态相变中均匀形核时临界形核功和临界晶核尺寸。
∆G=−Vβ∆G V+Vβ∆Gε+AβσαβVβ：β相体积∆G V：β的自由能变化∆Gε：单位体积的应变能Aβ：相界面积σαβ：单位面积的界面能当晶核为球形时，∆G=−43πr3∆G V+43πr3∆Gε+4πr2σαβ对于r 求导：d（∆G）dr=0，可得临界晶核尺寸：r∗=2σαβ∆G V−∆Gε，形成临界晶核的形核功：∆G∗=16σαβ33（∆G V−∆Gε）24、简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系。