第3章 奥氏体相变
第3章 奥氏体相变
G均匀
r*
*
2 GV GS
G均匀
16 3 3(GV GS ) 2
物理意义：新相核胚的原子团半径(r)必须大于临界半径(r*)，系统才 ）的阻碍，新相的核胚才能继续长大，完成形核过 能克服势垒（ G均匀 程。否则核胚的原子团将重新散开，形核失败。
非均匀形核
3)残留渗碳体的溶解
1.实验现象： 1) F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变 2) 测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77% 2.原因： Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线，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。
σs=σi+Kyd-1/2 σs －屈服强度，σi－抵抗位错在晶粒中运动的 摩擦阻力，Ky－常数, d－晶粒直径
晶粒度 级别图 1-8级
3.4.1 晶粒度概念及晶粒长大现象
一）晶粒度
设N为放大100倍时每平方英寸in2面积内 的晶粒数，则下式中G即为晶粒度。
N=2
G-1
晶粒越细，G越大。 起始晶粒：加热转变终了时所得的A晶粒 实际晶粒：长大到冷却开始时的A晶粒 本质晶粒：930º C保温3~8小时所得的晶粒 1－4级：本质粗晶粒钢，5－8本质细晶粒钢
3.影响P转变为A的因素
温度 形核率与线长大速度随温度升高 而增加 碳含量：A形成速度随C%增加而增加 原始组织 P中Fe3C片厚度和颗粒大小影 响A形成过程及形成速度. 片状大于颗粒状；片层越小，速度越大 合金元素：改变临界点位置、影响C扩散 速度；形成各种碳化物（K）
第三章 形变奥氏体相变
3.1.2从部分 部分再结晶奥氏体晶粒生成 部分 铁素体晶粒
• 部分再结晶奥氏体晶粒由两部分组成：再结晶晶粒、未再结 晶晶粒。 • 再结晶的 再结晶的晶粒细小，在其晶界上析出的铁素体往往也较细小 细小。 细小 而未再结晶的晶粒 未再结晶的晶粒受到变形被拉长，晶粒没有细化，因此铁 未再结晶的晶粒 素体成核位置可能少，容易形成粗大的 粗大的铁素体晶粒和针状组 粗大的 织。 • 从部分再结晶奥氏体晶粒生成的铁素体是不均匀的 不均匀的，这种不 不均匀的 均匀性对强度影响不太大、但对材料的韧性有较大的影响 韧性有较大的影响。 韧性有较大的影响 • 如果在部分再结晶区进行多道次轧制，再结晶体积分数可 体积分数可 能增大，直至最后形成全部 全部均匀细小的奥氏体晶粒。也可能 能增大 全部 由于轧制温度逐渐下降，最后未能达到奥氏体完全再结晶。 但这时部分再结晶晶粒的平均晶粒尺寸减小 平均晶粒尺寸减小或晶粒中的未再 平均晶粒尺寸减小 结晶晶粒受到了比较大的变形，晶粒不仅被拉长，晶内还可 能出现较多的变形带 变形带，转变后亦能得到细小的铁素体晶粒， 变形带 整个组织的均匀性和性能都能改善。
• •
热轧条件对魏氏组织的影响
• 转变前的奥氏体晶 粒直径与转变后的 铁素体晶粒直径之 比DA/DF称为转换比 转换比 • 奥氏体即使细化到 10 10级，铁素体晶粒 也只细化到10.5级。 10.5 因此为了使铁素体 晶粒进一步细化， 必需在此基础上再 进行奥氏体未再结 奥氏体未再结 奥氏体 晶区的控制轧制 的控制轧制。 晶区的控制轧制
3.1.3从未再结晶奥氏体生成的铁素 体晶粒
• 形核：在未再结晶奥氏体中由于有变形带的存在，铁素体 不仅在晶界 晶界上成核而且在变形带 变形带上成核。 晶界 变形带 a.在变形带上形成的铁素体晶粒细小（2-10µm)，成点列状 析出。 b. 从奥氏体晶界生成的铁素体晶粒在奥氏体晶粒的中间互相 碰撞时就停止成长。即铁素体晶粒是以伸长了的奥氏体晶 碰撞时就停止成长 粒短轴尺寸之半 短轴尺寸之半中止其成长的。其结果就是突破了单纯细 短轴尺寸之半 化再结晶奥氏体晶粒而使铁素体晶粒细化的限度，得到了 细小的铁素体晶粒。 • 变形带 变形带上的铁素体先行析出并且细小，而不在变形带 细小， 细小 而不在变形带上的 奥氏体转变较晚，转变后会形成较前者粗的铁素体晶粒。 粗的铁素体晶粒。 粗的铁素体晶粒 结论：因此在未再结晶区轧制既有可能得到均匀细小的铁素 既有可能得到均匀细小的铁素 体晶粒，也有可能得到粗细不均的混晶铁素体晶粒。 体晶粒，也有可能得到粗细不均的混晶铁素体晶粒 • 关键在于能否在未再结晶区中得到均匀的变形带 均匀的变形带。 均匀的变形带
第三章 铁碳相图(含答案)
第三章铁碳相图(含答案)第三章铁碳相图一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、从相变的角度来看，钢与铸铁是按________来区分的，钢与工业纯铁是按________来区分的。
答案：有无共晶转变、有无共析转变2、碳溶解在________中形成的间隙固溶体称为奥氏体，常用符号________表示；奥氏体的力学性能是________和________不高，但具有良好的________。
答案：γ-Fe、A、强度、硬度、塑性3、渗碳体是铁和碳的化合物，常用________表示；渗碳体的含碳量为6．69％，具有复杂的晶格，它的________很高，脆性很大，而________和________几乎等于零。
C、硬度、塑性、韧性答案：Fe3C相图，它由三个典型的二元合金相图组合而成，即________、________和4、统观Fe-Fe3________。
答案：匀晶（型）相图、共晶（型）相图、包晶（型）相图5、铁碳合金在固态下的基本相有________、________和________三种。
答案：铁素体（F）、奥氏体(A)、渗碳体(Fe3C)6、在钢中，由于铁与碳的相互作用，可以形成四种基本组织，即________、________、________和________。
答案：铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）7、Fe-FeC相图中，根据E点（含碳量为________）可将铁碳合金分为________和________3两大部分。
答案：2.11%、（碳）钢、铸铁8、在铁碳合金的基本相中，属于固溶体的有________、________，属于金属间化合物的有________。
答案：奥氏体、铁素体、渗碳体9、含碳量为4.3％的铁碳合金叫________，在1148℃以上为________，缓冷至1148℃时发生________反应，继续冷却到727℃时发生________转变，其室温组织为________。
奥氏体逆相变
奥氏体逆相变奥氏体逆相变是指在合金或金属材料中，由奥氏体结构转变为马氏体结构的过程。
奥氏体是一种具有面心立方结构的晶体结构，具有良好的塑性和韧性，而马氏体是一种具有体心立方结构的晶体结构，具有优异的硬度和强度。
奥氏体逆相变在金属材料的热处理中起着重要的作用。
通过控制合金的冷却速度和热处理温度，可以使奥氏体逆相变发生，从而改变材料的结构和性能。
奥氏体逆相变可以使材料的硬度和强度提高，同时还能够增加材料的耐磨性和耐腐蚀性能。
奥氏体逆相变的机制主要有两种，即扩散控制和位错控制。
在扩散控制机制下，合金中的元素在相变过程中通过扩散重新排列，形成马氏体晶体结构。
而在位错控制机制下，相变过程中形成的位错在材料中运动和重新排列，最终形成马氏体晶体结构。
奥氏体逆相变的速度和温度密切相关。
较高的冷却速度和较低的逆相变温度可以促使相变的发生。
因此，在热处理过程中，通过控制冷却速度和逆相变温度，可以实现对材料性能的调控和优化。
例如，在钢铁冶炼和加工中，通过快速冷却和适当的热处理温度，可以使钢材具有高硬度和高强度，从而满足不同领域的需求。
奥氏体逆相变在材料科学和工程领域具有广泛的应用。
在航空航天、汽车制造和机械加工等行业，通过奥氏体逆相变可以获得高强度、高硬度和耐磨性能优异的材料。
在电子和光学领域，通过奥氏体逆相变可以制备具有特殊光学性质和电子性能的材料。
此外，奥氏体逆相变还可以用于制备形状记忆合金和超弹性材料，这些材料在医疗器械和微机械等领域具有重要的应用价值。
奥氏体逆相变是一种重要的材料相变过程，可以通过控制冷却速度和热处理温度来调控材料的结构和性能。
奥氏体逆相变在金属材料的热处理和工程应用中具有重要的作用，为各行业的发展提供了关键支撑。
通过深入研究奥氏体逆相变的机制和调控方法，可以进一步拓展材料的应用领域，推动材料科学和工程的发展。
金属组织控制原理,江苏大学
1金属热处理概念。
金属材料通过加热、保温和冷却获得不同组织，具有满足不同工程要求的性能的加工工艺过程。
2奥氏体化是钢热处理强化的必要途径，没有奥氏体化就没有随后的其他相变。
奥氏体的组织状态直接影响后续热处理的组织和性能。
随等温温度的降低或冷速的提高，分别转变为P、B、M3奥氏体相变过程4晶粒异常长大及原因？奥氏体晶粒随温度升高而逐渐长大，当超过某一温度生急剧长大的现象。
在铝脱氧的钢及Ti,Nb,V等元素的钢，奥氏体晶粒形成后，晶界上存在一些Al,Ti,Nb,V等碳氮化合物的微粒，阻止晶界移动，当温度升至晶粒粗化温度，碳氮化合物溶于奥氏体后，奥氏体晶粒出现快速长大。
过热，过烧和组织遗传1.珠光体重要性，不仅正确控制退火。
，正火，索氏体处理而且正确制定淬火工艺，以避免珠光体转变物。
2.珠光体组织类型，性能决定因素3.派登处理（铅浴处理）：（奥氏体化后）将高碳钢丝经铅浴等温处理后得到片间距极小的索氏体组织，然后利用薄渗碳体可以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔，以增加铁素体片内的位错密度，形成了由许多位错网络组成的位错胞，细化了亚结构，从而使强度显著提高4粒状珠光体的组织形态和用途，获得的三种方法？粒状渗碳体分布在a基体上，作为预备热处理组织；改善加工性能。
片状碳化物的粒化，渗碳体领先形核、调质处理4.先析出F(片状、块状、网状)；先析出Fe3C(片状、网状5.钢的临界冷却速率：过冷奥氏体在冷却过程中不发生其它相变，完全转变为马氏体组织（包括残留奥氏体）的最低冷却速率6.合金元素对C曲线的影响？除CO外，均使P转变，c曲线右移-*Mn,W,Cr.强烈使P曲线右移，而对贝氏体转变不大，有利于获得B，Cr元素的铜，推迟贝氏体转变作用大于P有利于获得B.7.形变热处理：一种将塑性加工与热处理结合起来进行种种组合以谋求提高材料性能的方法，狭义：将以前作为独立工序进行的塑性加工热处理同时在一个工序中进行的工艺。
奥氏体和马氏体的相变研究
奥氏体和马氏体的相变研究奥氏体和马氏体是材料科学领域中的两个重要概念，它们在相变研究中扮演着至关重要的角色。
本文将探索奥氏体和马氏体的相变研究，从历史发展、相变机制、应用等方面进行探讨。
首先，我们从奥氏体的研究入手。
奥氏体是指由铁和碳组成的一种晶体结构，在常温下呈现面心立方结构。
早在19世纪，伦敦的物理学家奥斯汀·奥斯本首次提出了奥氏体的概念，他发现通过对钢进行加热和冷却处理，可以改变钢的硬度和韧性。
这项重要的发现奠定了钢铁行业的基础，并推动了奥氏体相变的研究。
奥氏体的相变机制可以通过快速冷却钢材实现。
当钢材在高温下保持一段时间后迅速冷却，就会形成奥氏体结构。
这是因为在快速冷却的过程中，铁原子无法重新排列，从而形成面心立方结构。
奥氏体具有较高的硬度和脆性，这种性质在一些重要的工业应用中发挥了关键作用。
然而，奥氏体的性质并不总是理想的。
奥氏体在某些情况下可能会出现失效，例如高温下的退火过程。
这时，奥氏体会发生相变，并转变为马氏体。
马氏体是指由奥氏体发生相变后形成的另一种晶体结构，其具有比奥氏体更高的硬度和强度。
这一相变过程被称为马氏体相变。
马氏体的相变机制与奥氏体相变不同。
奥氏体相变是通过快速冷却实现的，而马氏体相变则是通过受控的加热和冷却过程来实现的。
具体来说，当钢材在高温下经过一段时间的保温后，再进行适当的冷却处理，就可以形成马氏体。
马氏体具有较高的硬度和强度，这使得它在汽车制造、切削工具、航空航天等领域中得到广泛应用。
近年来，奥氏体和马氏体的相变研究进一步深入，不仅关注于相变机制，还探索了相变对材料性能的影响。
一项研究表明，在马氏体相变过程中，奥氏体中的原子重新排列形成了较弯曲的结构，这进一步提高了材料的强度和硬度。
另一项研究则发现，奥氏体和马氏体的比例和排列方式对材料的韧性和耐腐蚀性能有着重要影响。
综上所述，奥氏体和马氏体的相变研究对材料科学具有重要意义。
通过深入研究相变机制和影响因素，我们可以更好地理解材料的性能和特性，并应用于工业领域。
奥氏体转变优秀课件
(2 6)
比界面能
R 球面曲率半径，如为平
图2-12 球面晶界长 大驱动力示意图
直晶界，R ，P 0。
(2) 晶界迁移阻力
第二相粒子—晶界迁移阻力
晶界向右迁移时，奥氏 体晶界面积将增长，所受 旳最大阻力为：
Fmax
3 f
2r
(2 7)
f 第二相微粒的体积分数 图2-19 Zener微粒钉
消除、预防组织遗传性旳措施： 进行中间处理 安排合适旳中间正火或退火； 对于遗传性很强旳钢种，可作两次以上旳退火或“正火十
退火”。
屡次高温回火处理。
晶粒度级别与晶粒大小旳关系 n = 2N-1 n ---- X100倍时，晶粒数 / in2 N ---- 晶粒度级别
N d (μm) 1 250 2 177 3 125 4 88 5 62 6 44 7 31 8 22 9 15.6 10 11
图2-10 X100倍 晶粒度
奥氏体晶粒度：
八面体间隙半径 0.52 Ǻ 碳原子半径 0.77 Ǻ →点阵畸变
（面心立方 Face Centered Cubic）
奥氏体旳单胞
奥 氏 体 相 区 ： NJESGN包围旳区域
GS线 ---- A3线 ES线 ---- Acm线 PSK线 ---- A1线
碳在奥氏体中旳最大 溶解度为2.11wt% (10at%)
从而线长大速度G增大。
由（2-2）两式可计算A向F与Fe3C两相推移速度旳比值。 例如，当A形成温度为780℃时
A向F旳推移速度
v
K' 0.41 0.02
A向Fe3C中旳推移速度
K' v Fe3C 6.69 0.89
v 6.69 0.89 14.8 v Fe3C 0.41 0.02
第三章 组织转变习题
2．下图示意地给出了35CrMo钢的CCT图，说明按（a）、（b）、（c）、（d）各冷却曲线冷却后可能获得的室温组织，并比较它们的硬度的相对大小4. 某钢的等温转变曲线如图所示，试说明该钢在300℃经不同时间等温后，按（a）、(b)、(c)线冷却后得到的组织，并写出原因3．钢在奥氏体化时，温度越高，保温时间越长，则（）A．过冷奥氏体越稳定，C曲线向左移B．过冷奥氏体越不稳定，C曲线向右移C．过冷奥氏体越稳定，C曲线向右移D．不确定5、钢的TTT曲线（等温转变曲线）是表明过冷奥氏体的转变的曲线，其形状和位置受C和合金元素的影响，下列各元素可使曲线右移，其中错误的是A．CrB．NiC．CoD．Mo6. 能使碳钢C曲线（TTT）左移的合金元素是，A. CrB. MoC. CoD. Ni7 亚共析钢中，随碳含量上升，C曲线__，共析钢中，随碳含量上升，C曲线__。
a.左移，右移b.右移，左移c.不变，右移d.右移，不变8. 画出T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线。
为获得以下组织，应采用什么冷却方式：并在等温转变曲线上画出冷却曲线示意图。
（1）索氏体（2）屈氏体+马氏体+残余奥氏体（3）全部下贝氏体（4）屈氏体+马氏体+下贝氏体+残余奥氏体（5）马氏体+残余奥氏体9. 例：有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒，不均匀加热，加热后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的组织，并分析其力学性能。
(T12钢Acm为820℃)A B C D1000 ℃740 ℃700℃500℃10. 直径为10mm的共析钢小试样加热到相变点A1以上30℃，用图1-82所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。
将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：1、若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？2、如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？共析钢加热奥氏体化后，按图中Ｖ1－Ｖ7 的方式冷却，（１）指出图中①－⑩各点处的组织；。
简述钢的奥氏体化过程
简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、制造、交通等领域。
而钢的性能与其组织结构密切相关，其中奥氏体是钢中最重要的组织之一。
本文将简述钢的奥氏体化过程。
一、什么是奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体，具有良好的机械性能和塑性。
在钢中，奥氏体的形态、数量和分布对钢的性能起着决定性的影响。
二、奥氏体的形成钢的奥氏体化过程是指在适当的温度下，铁和碳发生固溶反应，形成奥氏体的过程。
奥氏体的形成与钢中的碳含量、温度等因素密切相关。
1. 碳含量钢中的碳含量越低，奥氏体的形成温度越低。
一般来说，碳含量低于0.8%的钢称为低碳钢，碳含量在0.8%-2.11%之间的钢称为中碳钢，碳含量高于 2.11%的钢称为高碳钢。
在低碳钢中，奥氏体的形成温度较低，而在高碳钢中，奥氏体的形成温度较高。
2. 温度温度是奥氏体形成的另一个重要因素。
在适当的温度下，钢中的碳和铁能够充分反应，形成奥氏体。
一般来说，奥氏体的形成温度在800℃-1000℃之间。
三、奥氏体的相变奥氏体的形成是一个相变过程，主要包括两个阶段：奥氏体的形核和奥氏体的长大。
1. 奥氏体的形核当钢中的温度达到奥氏体的形成温度时，奥氏体的形核开始进行。
形核是指在晶界或晶内形成奥氏体的起始过程。
形核的速度取决于温度和钢中的合金元素含量。
当温度升高或合金元素含量增加时，形核速度加快。
2. 奥氏体的长大奥氏体的长大是指形核后的奥氏体晶粒逐渐长大和增多的过程。
在奥氏体的长大过程中，晶界迁移、晶粒的吞噬和晶粒的再结晶等现象会发生，最终形成具有一定形状和尺寸的奥氏体晶粒。
四、奥氏体的应用奥氏体具有良好的塑性和韧性，因此在钢的制造和加工过程中，通常会通过控制奥氏体的形成来调节钢材的性能。
例如，在焊接过程中，通过控制焊接温度和冷却速度，可以获得不同形态和含量的奥氏体，从而实现钢材的强度和韧性的平衡。
奥氏体还可以通过热处理来改善钢材的性能。
热处理是指将钢材加热到适当的温度，保持一定时间后进行冷却，以改变钢材的组织结构和性能。
热处理组织转变
奥氏体的线生长速度为相界面的推移速度，
式中，“-”表示向减小浓度梯度的下坡扩散；k—常数； —C在奥氏体中的扩散系数； —相界面处奥氏体中C的浓度梯度； —相界面浓度差。
等温转变时： 、 (由相图决定 )均为常数， 为珠光体片间距，平衡冷却时，平均片间距与每一片间距相同。
则： 。(1)由于忽略碳在铁素体的扩散，此计算值与实际速度偏小；(2)对粒状珠光体亦适用。
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。
3.奥氏体晶核的长大速度：奥氏体晶核向F和Fe3C两侧的推移速度是不同的。根据公式：
式中，K—常数； —C在奥氏体中的扩散系数； —相界面处奥氏体中C的浓度梯度； —相界面浓度差；“-”表示下坡(高浓度向低浓度处)扩散。向F一侧的推移速度与向Fe3C一侧的推移速度之比：
二、奥氏体的形核
以共析钢为例，讨论钢中奥氏体形成。
奥氏体晶核主要在F和Fe3C的相界面
形核，其次在珠光体团界、F亚结构(嵌镶块)
界面形核。这样能满足：(1)能量起伏；(2)结构起伏；(3)成分起伏三个条件。
三、奥氏体的长大
α+ Fe3Cγ
晶体结构：体心立方复杂斜方面心立方
含碳量：0.0218% 6.67% 0.77%
讨论：(1)温度T升高， 呈指数增加，长大速度G增加，(2)温度T升高，C1-C2增加， 增加，速度G增加；(3)温度T升高， =C2-C4下降，长大速度G增加。
综上：温度T升高，长大速度及形核率均整大。
三、等温形成动力学曲线
转变量与转变时间的关系曲线—等温动力学曲线，信息少。
第三章奥氏体在冷却时的转变
第三章奥⽒体在冷却时的转变第六节钢在冷却时的转变⼀、共析钢的过冷奥⽒体转变由铁碳相图可知，共析钢从奥⽒体状态冷却到临界点A1点以下时将要发⽣珠光体转变。
实际上，迅速冷却到A1点以下温度时，转变并不是⽴即开始的，在A1点以下未转变的奥⽒体称为过冷奥⽒体。
1．过冷奥⽒体转变曲线(1)过冷奥⽒体等温转变曲线图10—38是通过实验测定的共析钢过冷奥⽒体等温转变动⼒学曲线，⼜称过冷奥⽒体等温转变等温图(⼜称TTT图或C曲线)。
图中左边的曲线是转变开始线，右边的曲线是转变完了线。
它的上部向A1线⽆限趋近，它的下部与Ms线相交。
Ms点是奥⽒体开始向马⽒体转变的温度。
由图可以看出，过冷奥⽒体开始转变需要经过⼀段孕育期，在550～500℃等温时孕育期最短，转变最快，称为C曲线的“⿐⼦”。
在⿐温以上的⾼温阶段，随过冷度的增加，转变的孕育期缩短，转变加快；在⿐温以下的中温阶段，随过冷度的增加，转变的孕育期变长，转变变慢。
这是因为共析转变是扩散型相变，转变速率是由相变驱动⼒和扩散系数D两个因素综合决定的(参看第三节)。
过冷奥⽒体在不同的温度区间会发⽣三种不同的转变。
在A1～500~C区间发⽣珠光体转变，转变的产物是珠光体(P)，其硬度值较低，在11～40HRC之间；550~C～Ms点区间发⽣贝⽒体转变，产物是贝⽒体(B)，硬度值较⾼在40～55HRC之间；在Ms点以下将发⽣马⽒体转变，得到马⽒体(M)，马⽒体的硬度很⾼，可达到60HRC以上。
碳素钢的贝⽒体转变温度区间与珠光体、马⽒体转变的温度区间没有严格的界限，相互之间有重叠。
⼀般认为过冷奥⽒体有了1％的转变即为转变的开始，转变已完成99％即为转变完了。
在转变开始线和转变完了线之间，还可以划出转变量为10％、50％、90％等等⼏条⼤体平⾏的曲线(图中以虚线表⽰)。
转变开始线、终⽌线与A。
线、Ms线之间将等温转变图划分成⼏个区域，各个区域表⽰组织状态及转变量与温度和时间之间的关系。
合金钢中的相变
第一节 合金元素对奥氏体形成的影响
一、合金钢的加热A化（Austeniting of alloy steel） 一、K在A中的溶解规律( Rule of K dissolution ) K溶解影响到钢热处理工艺的制定，决定了钢的组织与性能。基 本规律：
12、W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大，而对珠光体 转变的推迟作用大，如何理解?
13、对一般结构钢的成分设计时，要考虑其MS点不能太 低，为什么?
第三节 合金元素对淬火钢回火转变的影响
一、M分解 二、回火时K的形成 三、AR的转变 四、对铁素体回复再结晶的影响
回火温度的升高－回火组织发生变化、体积发生变化、硬度 （马氏体比容最大）
1）非 K形成元素 Ni、Si和弱 K形成元素 Mn，大致保持 C钢的“C”曲线形状，只是使“ C”曲线向右作不 同程度的移动；
2）非K形成元素，不改变“ C”曲线，但使“ C”曲线 左移；
3）K形成元素，不仅使“C”曲线右移，并且改变了“C” 曲线形状。Me的不同作用，使“C”曲线出现了不同 形状，大致有五种（Ni、Mn，不锈钢1Cr18Ni9；图5e)
? 过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期 （incubation period ）和相变速度。即“ C” 曲线中恒温下开始转变前的时间和转变开始和 终了的水平距离（时间）。一般生产中主要关 心的是孕育期。孕育期的物理本质是新相形核 的难易程度，转变速度主要涉及新相晶粒的长 大。
第三章合金钢中的相变第一节合金元素对奥氏体形成的影响第二节合金元素对过冷奥氏体转变的影响第三节合金元素对淬火钢回火转变的影响一合金钢的加热a化austenitingalloysteel第一节合金元素对奥氏体形成的影响一k在a中的溶解规律rulek溶解影响到钢热处理工艺的制定决定了钢的组织与性能
固态相变复习
第一章：固态相变一般规律钢中的临界点（记住这些临界点的物理意义）◆A1、A2、A3、A4、Acm◆Ac1、Ac3、Accm◆Ar1、Ar3、Arcm第二章：奥氏体形成一、奥氏体的形成可以分为四个阶段：①奥氏体形核；②晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大；③剩余碳化物溶解；④奥氏体成分均匀化。
二、影响奥氏体晶粒大小的因素三、什么是奥氏体的起始晶粒度，本质晶粒度和实际晶粒度，各有何意义？第三章、珠光体转变一、珠光体的形态有几种，片状珠光体分哪几种，性能各有何特点？二、什么是粒状珠光体，如何才能获得粒状珠光体？粒状珠光体和片状珠光体性能有何不同？三、什么是TTT图，在TTT图上都存在什么类型的固态相变？TTT图为什么呈现出C形状？四、影响C曲线的因素说什么？五、什么是CCT图，有何应用？什么是上临界冷速，什么是下临界冷速？有何意义？第四章、马氏体转变一、什么是钢种的马氏体？马氏体的相变的特征有哪些？二、掌握不同含碳量马氏体的形态特征，亚结构，惯习面和晶体结构。
三、马氏体组织为什么硬而脆？如何才能使用？四、根据CCT图会分析在不同的冷速下获得什么组织？第五章、贝氏体转变一、什么是贝氏体？贝氏体转变有何特征？二、掌握不同温度形成的贝氏体的形貌、亚结构及性能特点？第六章、马氏体的回火转变一、马氏体为什么要回火？马氏体的回火都包括那些内容？二、掌握不同含碳量的碳钢马氏体回火在不同温度下碳化物的析出贯序三、合金钢马氏体碳化物的析出贯序（以v、W、Mo、Cr为例）四、回火过程中基体α相有何变化？五、什么是二次淬火，什么叫二次硬化？研究他们有何意义？六、掌握不同回火温度形成的回火组织，组成及性能特点。
奥氏体逆相变
奥氏体逆相变奥氏体逆相变是固态相变的一种，也是一种重要的材料学概念。
在材料学领域，奥氏体逆相变是指材料从奥氏体相变为铁素体的过程。
这个过程是在固态条件下进行的，不涉及到液态或气态的变化。
在了解奥氏体逆相变之前，我们需要先了解奥氏体和铁素体的概念。
奥氏体是一种具有面心立方结构的铁的晶体结构，具有良好的韧性和延展性。
而铁素体是一种具有体心立方结构的铁的晶体结构，具有较高的硬度和强度。
奥氏体逆相变是指当材料在高温下形成了奥氏体结构后，当温度降低时，奥氏体结构会逐渐转变为铁素体结构的过程。
这个过程发生的原因是随着温度的下降，原子的热运动减慢，使得原子能够重新排列成更稳定的结构。
在奥氏体逆相变的过程中，原子的重新排列是一个相当复杂的过程。
首先，在高温下形成的奥氏体结构中，铁原子的排列是面心立方的。
而在铁素体结构中，铁原子的排列是体心立方的。
因此，在奥氏体逆相变的过程中，铁原子需要重新排列成体心立方的结构。
奥氏体逆相变的过程中，原子的重新排列是通过原子之间的扩散来完成的。
扩散是指原子在晶体内部的移动。
在奥氏体逆相变的过程中，原子通过扩散来重新排列，使得奥氏体结构逐渐转变为铁素体结构。
奥氏体逆相变的过程是一个时间依赖的过程。
随着时间的推移，奥氏体结构中的原子会逐渐重新排列成铁素体结构。
这个过程是一个自发的过程，不需要外界的干预。
然而，奥氏体逆相变的速度是比较慢的，需要相对较长的时间才能完成。
奥氏体逆相变的速度受到多种因素的影响。
温度是一个重要的因素，较高的温度可以加快奥氏体逆相变的速度。
此外，化学成分和外界应力等因素也会影响奥氏体逆相变的速度。
奥氏体逆相变在材料工程中具有重要的应用价值。
通过控制奥氏体逆相变的过程，可以改变材料的性能和结构。
例如，通过控制奥氏体逆相变的速度和温度，可以制备出具有良好韧性和强度的材料。
此外，奥氏体逆相变还可以用于制备一些特殊的材料，如形状记忆合金等。
奥氏体逆相变是固态相变的一种重要过程。
第三章__珠光体共析分解
（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，随T升高，孕育期减小。
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。
影响过冷奥氏体等温转变的因素
①碳的影响：在碳钢中以共析钢的过冷奥氏体最稳定，碳含量增加或减少 都将使过冷奥氏体稳定性降低。 ②合金元素的影响：凡是熔于奥氏体中的合金元素（除钴外）都会增加奥 氏体的稳定性，而未熔入奥氏体，则由于存在未熔的碳化物或夹杂物，易 于形核，会促使奥氏体的稳定性降低。
片层间距=一片F和一片Fe3C厚度之和
S0=(8.02/T) ×103nm ？
珠光体片间距与形成温度的关系 (a)线性关系 (b)非线性关系
二、珠光体的组织形态（片状、粒状、类珠 光体）
1.片（层）状珠光体：一层F+一层Fe3C 珠光体领域（珠光体团、珠光体晶粒）：片状珠光 体的片层位向大致相同的区域称为珠光体领域。
坏为了恢复平衡析出F(C/ ) 析出Fe3C(/Fe3C )
F和Fe3C向A晶粒内部纵向长大
4、P的分枝形成机制
P只是以纵向长大的方式进行，至于横向的展宽，并不是通 过横向重复形核，而是以分岔的方式进行。
Fe3C晶核纵向长大不断分枝 F在枝间形成
片层相间的P
T8钢退火组织
T12钢退火组织
珠光体和屈氏体的TEM形貌比较
2. 粒（球）状珠光体
粒状珠光体：渗碳体以粒状 分布于铁素体基体中。它一般 通过特定的热处理获得。渗碳 体颗粒大小、形状与所采用的 热处理工艺有关。渗碳体颗粒 的多少与WC有关。 在高碳钢中按渗碳体颗粒大 小将粒状珠光体分为粒状P、细 粒状P、点状P。 其他类型的珠光体，如碳化 物呈纤维状和针状。
3第三章--材料的凝固ppt课件(全)
溶体转变线
温N
度
J A+
L D
相区标注
L+A AE
C L+ Fe3C F
组织组成物标注 G
A+ Fe3C
A+
Le
复相组织组成物：
F
珠光体P(F+ Fe3C)
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le Le+ Fe3CⅠ K
P P
F+ Fe3C
P+
Le’
莱氏体Le(A+ Fe3C)
QP+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
混合物，称作莱氏体，用Le 表示。为蜂窝状。以Fe3C为 基，性能硬而脆。
莱氏体
PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是与
Fe3C的机械混合物, 称 作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
扫描电镜形貌 珠光体(光镜)
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
Q
不易分辨。室温组织为P.
珠光体
共析钢的结晶过程
㈢ 亚共析钢的结晶过程 0.09~0.53%C亚共析钢
冷却时发生包晶反应。
Ⅲ
A
H
B
J
以0.45%C的钢为例 合金在 4 点以前通过匀
晶→包晶→匀晶反应全
部转变为。到4点，由
G S
P
+Fe3C
热处理对铁素体和奥氏体相变的影响
热处理对铁素体和奥氏体相变的影响热处理是一种通过加热材料后进行冷却的工艺，旨在改变材料的组织结构和性能。
在金属材料中，热处理对铁素体和奥氏体相变有着重要的影响。
本文将探讨热处理对这两种相变的具体影响。
一、铁素体相变受热处理的影响铁素体是铁碳合金中的一种组织结构，具有较低的硬度和强度。
通过热处理，可以改变铁素体的组织结构和性能，进而提高材料的力学性能。
主要的铁素体相变包括亚共析相变、渗碳和回火等。
1. 亚共析相变亚共析相变是指在加热过程中，铁素体中的碳逐渐溶解，形成奥氏体。
通过亚共析相变，可以提高材料的硬度和强度。
例如，在炉冶过程中，高温加热可以使碳均匀分布在铁素体晶格中，形成均匀的奥氏体。
2. 渗碳渗碳是一种通过在加热过程中使碳渗透到铁素体表面的方法。
在高温下，碳会渗透到铁素体表面，使其富碳化，从而提高材料的硬度和耐磨性。
渗碳是一种重要的汽车零部件制造工艺，在汽车工业中广泛应用。
3. 回火回火是将经过淬火处理的材料再次加热至一定温度后进行冷却的过程。
通过回火，可以消除淬火过程中产生的内部应力和硬度过高的问题，使材料的硬度和韧性达到平衡。
回火温度的选择对材料的性能具有重要影响。
二、奥氏体相变受热处理的影响奥氏体是铁碳合金中的另一种组织结构，具有较高的硬度和强度。
通过适当的热处理，可以改变奥氏体的组织结构和性能，进而提高材料的力学性能。
主要的奥氏体相变包括淬火、时效和退火等。
1. 淬火淬火是将加热至临界温度的奥氏体材料迅速冷却至室温的过程。
淬火可以使材料获得高硬度和强度，但也容易导致材料产生内部应力。
因此，在淬火后需要进行适当的回火来消除应力。
2. 时效时效是一种在中温下进行的热处理过程，通过控制时间和温度来改变奥氏体的组织结构和性能。
时效可以提高材料的韧性和抗蠕变性能，适用于高温工作条件下的零部件制造。
3. 退火退火是指将材料加热至一定温度后缓慢冷却的过程，主要目的是消除内部应力和改善材料的塑性。
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针状A形成示意图
针状A晶粒合并长大示意图
颗粒状Ag
针状Aa
（一）针状A晶粒的形成及长大
钢的成分：低中碳钢 形成温度：在Ac1~Ac3之间 形核位置：小角晶界上（原始M板条之间 形成） 在形成Aa同时也会形成Ag
M束
低碳板条马氏体
M板条间的Aa和M板条束间的Ag
Aa的形成机制
形核：Aa核在板条条界上、碳化物旁形成。由于板条 条界是小角晶界，故Aa核可以与两侧均形成共格或半 共格晶界，保持K－S关系。由于共格或半共格界面能 量低，故形核功小，在不大的过热度下即可形成。 长大：形核后依靠碳化物的溶解与碳在F与A中的扩散 而长大。但因核两侧均为共格或半共格晶界，活动性 差，而条界又可以提供长大所需的碳原子，故沿条界 长大速度大，长成针状A。 合并:由于同一板条束内的Aa均具有相同的空间取向， 故相遇时合并成一个大颗粒状A（组织遗传）。
1)奥氏体的形核
以共析钢的等温形成A为例： P (F + Fe3C) A 含碳量： 0.02% 6.67% 0.77% 结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方 形成位置： i) 在F和Fe3C交界面上通过扩散机构形成； ii) 珠光体团界； iii) 先共析F/珠光体团交界处。
界面形核的原因
1）成分上：在相界面上容易形成A所需的浓度
本节讨论共析钢和亚共析钢的等温形成动 力学
一、共析钢奥氏体等温形成动力学
1. 等温形成动力学图－ 时间－温度－转变量关系图
动力学曲线
共析钢等温形成动力学图
2. 共析钢等温转变动力学图特点
1）转变需要孕育期 2）曲线呈S型 初期：速度随时间加快； 50%后：速度下降 3）随温度升高，孕育期缩短，速度加快
3.2 奥氏体的等温转变
（讨论由平衡组织共析钢转变为A的过程）
？
基本概念
1.平衡和非平衡组织 原始组织—加热相变前的组织 钢的平衡态组织—以极缓慢的速度冷却 (加热)得到的组织 钢的非平衡态组织--以较快的速度冷却得 到的组织
问题
为什么在临界温度A1以上珠光体会转变 为奥氏体? 奥氏体是如何形成的?(机制) 奥氏体的核在什么位置形成? 在珠光体中的两个相哪个先转变完？
A形核率I、长大速度与温度的关系
温度 º C
730
740
750
760
780
800
形核率 － I 1/mm3 .s
2280
－
11000
51500
616000
线生长 0.0005 0.001 速度 mm/s
0.004
0.01
0.026
0.041
3.4 A晶粒长大及其控制
A晶粒大小将影响冷却时的转变和转变所 得的组织与性能。细小的A晶粒将有利于 获得优良的性能 Hall-Petch关系：
加热温度对A晶粒尺寸的影响
二）晶粒长大现象
加热转变终了后，随温度进一步升高， 时间继续延长，A晶粒将不断长大的现象。 晶粒长大是一自发过程。因为晶粒越大， 单位体积内晶粒数越少，晶界面积越小， 界面能越小。 正常长大：随温度升高，A不断长大 异常长大：当温度升高到超过某一定值 后晶粒随温度升高急剧长大。
举例
以Al脱氧的钢为本质细晶粒钢。因为钢 中含有大量难熔的AlN，弥散析出在晶界 上，防止了晶粒长大。 高频表面淬火细化晶粒
第四节 非平衡组织的A形成
非平衡组织－淬火组织及淬火后并不充 分回火组织：淬火马氏体，回火马氏体 贝氏体、等 非平衡组织奥氏体化时，因成分和加热 条件不同，可能同时得到针状或颗粒状 两种形态奥氏体晶粒。
* * G非均匀 G均匀S ( )
S(θ)称为形状因子，其数值小于或等于1，只与润湿角有关，
1 S ( ) (2 cos )(1 cos ) 2 2
()
S() 0 0 10 ~10-4 60 ~0.3 90 1
形核由难到易次序： 均匀形核→空位形核→位错形核→堆垛层错 →晶界形核→相界形核→自由表面2Βιβλιοθήκη 亚共析钢A转变的特点
珠光体首先转变为A。受C在A中扩散控制， 速度较快。 A向F界面推移，使F慢慢转变为A。受C 在F中扩散所控制。C原子作较长距离的 扩散，形成速度极慢。 转变速度与碳含量有关，碳含量越高， 转变速度越快。
0.1%C钢奥氏体等温形成图 共析钢的等温形成图
3.3
连续加热时奥氏体的形成
0
G均匀
r*
*
2 GV GS
G均匀
16 3 3(GV GS ) 2
物理意义：新相核胚的原子团半径(r)必须大于临界半径(r*)，系统才 ）的阻碍，新相的核胚才能继续长大，完成形核过 能克服势垒（ G均匀 程。否则核胚的原子团将重新散开，形核失败。
非均匀形核
钢件在实际加热时，A是在连续加热过程 中形成。即在A形成过程中，温度还将不 断升高。 －叫做非等温转变 或连续加热转变
T2 T1
3.3.1 连续转变动力学图
0.7%C的亚共析钢连续加热时A的形成曲线
3.3.2 转变特点
在一定的加热速度范围内，临界点随加 热速度增大而升高 相变是在一个温度范围内完成的（速度 越快，范围越宽） A形成速度随加热速度增加而加快 快速连续加热时形成的A成分不均匀性增 大 可以获得超细晶粒（形核率和形核位置）
3.影响P转变为A的因素
温度 形核率与线长大速度随温度升高 而增加 碳含量：A形成速度随C%增加而增加 原始组织 P中Fe3C片厚度和颗粒大小影 响A形成过程及形成速度. 片状大于颗粒状；片层越小，速度越大 合金元素：改变临界点位置、影响C扩散 速度；形成各种碳化物（K）
形核率:
Q W I=Ch exp( ) exp( ) kT kT
3)残留渗碳体的溶解
1.实验现象： 1) F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变 2) 测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77% 2.原因： Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线，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。
继续保温，能使未溶碳渗体溶入A中!
4)A均匀化
渗碳体溶解完后，A成分是不均匀的，原 渗碳体部分C含量高，铁素体部分含量低， 保温通过C的扩散使A中C分布均匀。 小结：共析钢的A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-A均 匀化实现的
3.2.3 转变动力学
形成动力学 － 形成速度 即奥氏体的转变量与温度和时间的关系
3.2.1 转变的热力学
A形成热力学条件
两相自由能差：ΔGv=Gγ-Gp<0--相变驱动力 P A条件是：将P加热到A1以上 过热度：转变温度与临界点A1之差 过热度越大，驱动力越大，转变速度越快 加热速度极慢时：过热度＞0即可发生转变。A1 加热速度较快时：在较大的过热度下才能发生相 变，好象临界点提高了。 Ac1 Ac1－在一定加热速度下实际测得的临界点 （0.125º C/min)
一、温度、时间、加热速度 D＝kt1/2
D－晶粒平均直径，k－与材料和温度有关的 常数，t－加热时间 过热：晶粒过分长大（在晶界上未发生晶界 弱化）的现象 过烧：温度过高，A晶粒长大而且在晶界上发 生了某些使晶界弱化的变化
正常长大 混晶
第二相粒子对晶界迁移的影响示意图
影响A长大的因素（II）
第三章
奥氏体(A)与钢在加热过程中的 转变
Austenite in Steel and transformation during heating
主要内容
什么是钢中的奥氏体：结构、组织、性 能 奥氏体如何形成的 奥氏体等温形成动力学（速度、影响因 素） 连续加热时奥氏体的形成 奥氏体晶粒长大及控制
σs=σi+Kyd-1/2 σs －屈服强度，σi－抵抗位错在晶粒中运动的 摩擦阻力，Ky－常数, d－晶粒直径
晶粒度 级别图 1-8级
3.4.1 晶粒度概念及晶粒长大现象
一）晶粒度
设N为放大100倍时每平方英寸in2面积内 的晶粒数，则下式中G即为晶粒度。
N=2
G-1
晶粒越细，G越大。 起始晶粒：加热转变终了时所得的A晶粒 实际晶粒：长大到冷却开始时的A晶粒 本质晶粒：930º C保温3~8小时所得的晶粒 1－4级：本质粗晶粒钢，5－8本质细晶粒钢
晶粒尺寸与加热温度关系
晶粒尺寸与保温时间关系
3.4.2 A晶粒长大机理
长大方式：通过界面迁移而长大 驱动力：来自A晶界的界面能。A晶粒的 长大将导致界面能降低。 P＝2γ/R
P－驱动力，R－球面晶界曲率半径， γ－界面能
晶粒越小，界面能越大，长大驱动力越大
3.4.3 影响A长大的因素（I）
研究奥氏体转变的目的
奥氏体转变是加热(临界点以上)过程中的 转变 是材料获得最终组织的必需转变过程
通过研究A转变，可以控制A转变的条件， 获得理想的A组织，为后续处理做好组织 准备!
3.1 奥氏体及其特点
定义，晶体结构，微观组织，性能
一、A的定义和晶体结构
定义：A是碳溶于γ-Fe所形成的固溶体 晶体结构：面心立方，碳位于八面体间隙中心。
Q-激活能,W-临界晶核形成功
WA
3
G 2 V
长大速率:
v
dc DC dx K c c
v Fe3C