亚共析钢的膨胀曲线

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南昌大学 材料性能学重点 第一章 材料热学性能

南昌大学 材料性能学重点 第一章 材料热学性能

第一章材料热学性能内容概要:本章讲述材料的热容、热膨胀、热传导、热稳定性等方面的内容,并简述其物理本质。

主要内容和学时安排如下:第一节材料的热容重点掌握经典热容理论和量子热容理论的内容;理解温度、相变等对热容的影响;了解热容的几种测量方法,对热分析法的原理和应用要重点理解。

第二节材料的热膨胀重点掌握线膨胀系数、体膨胀系数、热膨胀的物理本质;了解热膨胀的测量方法;理解热膨胀分析方法在材料中的应用。

第三节材料的热传导掌握热传导定律;热传导的物理本质;理解热传导的影响因素。

(共6个学时)第一节 材料的热容一、热容的定义:不同的物体升高相同的热量时其温度会不同,温度升高1K 所需要的能量定义为热容: ∆T ∆=Q C 定容热容:如果在加热过程中,体积不变,则所提供的热量全部用于粒子动能(温度)的增加,用Cv 表示 ()V V Q C ∆=∆T定压热容:如果在加热过程中保持压力不变,则物体的体积自由膨胀,这时所提供的热量一部分用于升高体系的温度,一部分用于体系对外做功,用Cp 表示()()V V V Q U P V U C T ∆∆+∆∆===∆T ∆∆T ()()()()()P P P P P P Q U P V U V H C P T T T∆∆+∆∆∆∆===+=∆T ∆∆T ∆∆ T c m H =c 为0-TK 时平均比热容,即质量为1Kg 的物质在没有化学反应条件下,温度升高1K 时所需的热量,单位为J/(Kg.K )定压热容>定容热容,一般实验测得的是恒压热容CpTQ m C P ∆∆=1 即在T T T -+∆温度范围内的平均热容: 当0T ∆→时,P C 即可认为是TK 时的热容dTdQ m C P 1= 摩尔恒压热容:1mol 物质在没有化学反应和相改变条件下,升高1K 所需的能量,用C pm 表示 摩尔恒容热容:KT V v C C m Vm Pm 2∂=- M C C P Pm =(M 为摩尔质量)二、热容理论实验发现:在不发生相变条件下,多数物质的热容Cv 在高温下,逐于一恒定值;低温区3V C T ∝;0T →时,0V C =。

共析钢TTT-CCT图分析

共析钢TTT-CCT图分析

共析钢TTT-CCT图分析TTT曲线过冷奥⽒体等温转变曲线——TTT曲线(Time,Temperature,Transformation)过冷奥⽒体等温转变曲线可综合反映过冷奥⽒体在不同过冷度下的等温转变过程:转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系等。

因其形状通常像英⽂字母“C”,故俗称其为C曲线,亦称为TTT图。

C曲线中转变开始线与纵轴的距离为孕育期,标志着不同过冷度下过冷奥⽒体的稳定性,其中以550℃左右共析钢的孕育期最短,过冷奥⽒体稳定性最低,称为C曲线的“⿐尖”。

图中最上⾯⼀条⽔平虚线表⽰钢的临界点A1(723℃),即奥⽒体与珠光体的平衡温度。

图中下⽅的⼀条⽔平线Ms(230℃)为马⽒转变开始温度,Ms以下还有⼀条⽔平线Mf(-50℃)为马⽒体转变终了温度。

A1与Ms线之间有两条C曲线,左侧⼀条为过冷奥⽒体转变开始线,右侧⼀条为过冷奥⽒体转变终了线。

A1线以上是奥⽒体稳定区。

Ms线⾄Mf线之间的区域为马⽒体转变区,过冷奥⽒体冷却⾄Ms线以下将发⽣马⽒体转变。

过冷奥⽒体转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥⽒体转变区,在该区域过冷奥⽒体向珠光体或贝⽒体转变。

在转变终了线右侧的区域为过冷奥⽒体转变产物区。

A1线以下,Ms线以上以及纵坐标与过冷奥⽒体转变开始线之间的区域为过冷奥⽒体区,过冷奥⽒体在该区域内不发⽣转变,处于亚稳定状态。

在A1温度以下某⼀确定温度,过冷奥⽒体转变开始线与纵坐标之间的⽔平距离为过冷奥⽒体在该温度下的孕育期,孕育期的长短表⽰过冷奥⽒体稳定性的⾼低。

在A1以下,随等温温度降低,孕育期缩短,过冷奥⽒体转变速度增⼤,在550℃左右共析钢的孕育期最短,转变速度最快。

此后,随等温温度下降,孕育期⼜不断增加,转变速度减慢。

过冷奥⽒体转变终了线与纵坐标之间的⽔平距离则表⽰在不同温度下转变完成所需要的总时间。

转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕育期的变化规律相似。

铁碳相图对共析钢-亚共析钢和过共析钢的详细分析

铁碳相图对共析钢-亚共析钢和过共析钢的详细分析

共析钢的结晶过程是一个扩散控制的过程,需要足够的时间来
03
完成。
共析钢的物理性质和机械性能
1
共析钢的物理性质和机械性能与其化学成分和组 织结构密切相关。
2
共析钢具有较高的强度和硬度,良好的耐磨性和 耐腐蚀性,以及较好的塑性和韧性。
3
这些性能使得共析钢在机械制造、汽车、航空航 天等领域得到了广泛应用。
过共析钢的物理性质和机械性能
01
02
03
由于过共析钢的碳含量 较高,其强度和硬度相 对较高,但韧性较差。
过共析钢在高温下具有 良好的抗氧化性和耐腐 蚀性,但在低温下容易
发生脆化。
由于组织中存在大量的 二次渗碳体,过共析钢 的耐磨性和高温疲劳强
度较好。
05
铁碳相图对共析钢-亚共 析钢和过共析钢的应用
在这个温度范围内,铁碳相图中的共析反应是放热反应,即 随着温度的降低,液态铁碳合金会逐渐发生共析反应,生成 铁素体和渗碳体。
共析钢的结晶过程
01
共析钢的结晶过程是在一定的温度下,液态的铁碳合金开始发 生共析反应,生成铁素体和渗碳体。
02
随着温度的降低,共析反应会继续进行,直到所有的液态合金
都转变为固态的铁素体和渗碳体。
铁碳相图为制定热处理工艺提供了依据,通过控制加热、保温和冷却过
程,实现对钢材内部组织结构的调控,从而改善其物理和机械性能。
在材料科学中的应用
研究相变行为
铁碳相图揭示了钢在加热和冷却过程中的相变行为,有助 于材料科学家了解材料在不同温度下的组织结构和性能变 化。
探索微观结构与性能关系
通过铁碳相图,可以研究不同成分和温度条件下钢材的微 观结构,进一步探索微观结构与性能之间的关系,为新材 料的开发提供理论支持。

亚共析钢在ac3温度以上加热后转变产物

亚共析钢在ac3温度以上加热后转变产物

亚共析钢在ac3温度以上加热后转变产物序号:1亚共析钢是一种特殊的合金钢,其在加热过程中产生的相变现象备受关注。

在研究亚共析钢的相变过程时,可以发现在ac3温度以上进行加热后,其会产生一系列的转变产物,这些转变产物对于材料的性能和应用具有重要影响。

序号:2了解一下亚共析钢的基本特性。

亚共析钢是指在固态状态下同时存在两种或两种以上的共析组织,即固态共析。

这种共析组织对于钢的性能有着重要的影响,因此亚共析钢的相变过程也备受关注。

序号:3在ac3温度以上加热亚共析钢时,会发生一系列的相变过程。

首先是奥氏体相的析出,随后是渗碳体的析出,最后是渗碳体的转变。

这些相变过程会影响到钢材的组织结构和性能。

序号:4奥氏体相的析出是指在高温下,亚共析钢中的奥氏体开始从固溶体中析出。

这个过程会导致钢材的晶粒长大,并且会影响到钢材的塑性和韧性。

由于奥氏体相的析出会改变钢材的组织结构,因此需要进行相应的热处理控制,以确保钢材的性能符合要求。

序号:5渗碳体的析出是指在奥氏体相析出后,亚共析钢中开始出现渗碳体。

渗碳体是一种具有高硬度和脆性的组织,它会使得钢材的硬度和强度得到提高,但同时也会降低钢材的塑性和韧性。

在相变过程中需要控制渗碳体的析出量,以平衡钢材的硬度和韧性。

序号:6是渗碳体的转变过程。

在渗碳体析出后,经过一定的时间和温度处理后,渗碳体会发生相应的转变。

这种转变会使得渗碳体的形态和组织结构发生变化,从而影响到钢材的性能。

对于这一过程,需要进行精确的控制和监测,以确保钢材的质量和性能达到要求。

序号:7在ac3温度以上加热亚共析钢时,会产生一系列的相变产物。

这些相变产物对于钢材的性能和应用具有重要影响,因此需要进行精细的控制和监测。

只有通过科学的加热处理工艺,才能够确保亚共析钢具有优异的性能和稳定的品质,从而满足不同领域的应用需求。

亚共析钢在ac3温度以上加热后的相变现象一直是材料科学领域的研究热点之一。

了解亚共析钢相变过程的特性和规律,对于改进材料的性能、优化工艺参数以及拓展应用领域具有重要意义。

钢连续冷却转变图CCT曲线

钢连续冷却转变图CCT曲线
钢连续冷却转变图(CCT曲线) 的测定
实验目的
? 1.了解钢的连续冷却转变图的测量方法 特别是热膨胀法的原理与步骤;
? 2. 利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中 的相变并测量临界点;
基本原理:
? 钢中相的密度顺序是: 马氏体<铁素体<珠光体<奥氏体
40CrMoA钢CCT曲线
共Hale Waihona Puke 钢CCT曲线图亚共析钢(含碳 0.19%)CCT曲线
过共析钢(含碳1.03%)CCT 曲线图
三. 实验设备及材料
? 1. Gleeble3500热模拟机 ? 2 1CrMn钢
实验结果与分析:
? 1.画出热膨胀曲线( x轴温度, y轴膨胀 量),根据实验曲线确定不同冷却速度 下的相变开始温度、结束温度。
? 2.汇合3组数据(1至3组为一种,4至6为 另一种),绘在“时间对数x-温度y”的 坐标中,标出转变温度,相应曲线的冷 却速度,得到钢的连续冷却曲线图
思考题
? 本次实验样品与上次高温拉伸样品的区 别是什么?

钢连续冷却转变图(CCT曲线

钢连续冷却转变图(CCT曲线
钢连续冷却转变图(CCT曲线) 的测定
实验目的
1.了解钢的连续冷却转变图的测量方法 特别是热膨胀法的原理与步骤;
2. 利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中 的相变并测量临界点;
基本原理:
钢中相的密度顺序是: 马氏体<铁素体<珠光体<奥氏体
40CrMoA钢CCT曲线
共析钢CCT共析钢(含碳1.03%)CCT 曲线图
三. 实验设备及材料
1. Gleeble3500热模拟机 2 1CrMn钢
实验结果与分析:
1.画出热膨胀曲线(x轴温度,y轴膨胀 量),根据实验曲线确定不同冷却速度 下的相变开始温度、结束温度。
2.汇合3组数据(1至3组为一种,4至6为 另一种),绘在“时间对数x-温度y” 的 坐标中,标出转变温度,相应曲线的冷 却速度,得到钢的连续冷却曲线图
思考题
本次实验样品与上次高温拉伸样品的区 别是什么?

铁碳相图对共析钢亚共析钢和过共析钢的详细分析

铁碳相图对共析钢亚共析钢和过共析钢的详细分析
相组成物:F,Fe3C
四、 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响
铁碳合金—碳钢和 铸铁,是工业应用 最广的金属材料。
含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢。
含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。
铁和碳可形成一系列稳定化合物:Fe3C、 Fe2C、 FeC,它们都可以作为相图的组元看待。
含碳量大于Fe3C成分(6.69%)时,合金太脆,已 无实用价值。
相组成物:F,Fe3C
2、亚共晶白口铁的结晶过程
L→L+A → A+Ld (共晶A+Fe3C共晶) →A+Ld (A+Fe3C共晶 +Fe3CII) + Fe3CII →P+Ld’(P+Fe3C共晶+Fe3CII) + Fe3CII
相组成物:F,Fe3C
3、过共晶白口铁的结晶过程
L→L+ Fe3CI → Fe3CI +Ld (共晶A+Fe3C共晶) → Fe3CI +Ld (A+Fe3C共晶+Fe3CII) → Fe3CI +Ld’(P+Fe3C共晶+Fe3CII)
(五) 亚共晶白口铁的结晶过程 合金在1~2点间析出A。到2点,液相成分变到C点,
并转变为Le。2~3点间从A中析出Fe3CⅡ,一次A的 Fe3CⅡ被共晶A 衬托出来。到3点,A转变为P。
亚共晶白口铁室温组织 为P+Fe3CⅡ+Le’。
室温下组织组成物相对 重量百分比为 :
N
1
D
E2
E
2C

+
+

+

实验一 钢连续冷却转变图 (CCT曲线) 的测定

实验一  钢连续冷却转变图 (CCT曲线) 的测定

材料加工测定实验一钢连续冷却转变图(CCT曲线)的测定一.实验目的1.了解钢的连续冷却转变图的概念及其应用;2.了解钢的连续冷却转变图的测量方法特别是热膨胀法的原理与步骤;3.利用热模拟仪观察钢在加热及冷却中的相变并测量临界点;4.建立钢的连续冷却转变图(CCT曲线)。

二.实验原理当材料在加热或冷却过程中发生相变时,若高温组织及其转变产物具有不同的比容和膨胀系数,则由于相变引起的体积效应叠加在膨胀曲线上,破坏了膨胀量与温度间的线性关系,从而可以根据热膨胀曲线上所显示的变化点来确定相变温度。

这种根据试样长度的变化研究材料内部组织的变化规律的称为热膨胀法(膨胀分析)。

长期以来,热膨胀法已成为材料研究中常用的方法之一。

通过膨胀曲线分析,可以测定相变温度和相变动力学曲线。

钢的密度与热处理所得到的显微组织有关。

钢中膨胀系数由大到小的顺序为:奥氏体〉铁素体〉珠光体〉上、下贝氏体〉马氏体;比容则相反,其顺序是:马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体〉碳化物(但铬和钒的碳化物比容大于奥氏体。

从钢的热膨胀特性可知,当碳钢加热或冷却过程中发生一级相变时,钢的体积将发生突变。

过冷奥氏体转变为铁素体、珠光体或马氏体时,钢的体积将膨胀;反之,钢的体积将收缩。

冷却速度不同,相变温度不同。

图1-1为40CrMoA钢冷却时的膨胀曲线。

不同的钢有不同的热膨胀曲线。

图1-1 40CrMoA钢冷却时的膨胀曲线连续钢连续冷却转变(Continuous Cooling Transformation)曲线图,简称CCT 曲线,系统地表示冷却速度对钢的相变开始点、相变进行速度和组织的影响情况。

钢的一般热处理、形变热处理、热轧以及焊接等生产工艺,均是在连续冷却的状态下发生相变的。

因此CCT曲线与实际生产条件相当近似,所以它是制定工艺时的有用参考资料。

根据连续冷却转变曲线,可以选择最适当的工艺规范,从而得到恰好的组织,达到提高强度和塑性以及防止焊接裂纹的产生等。

钢的热处理原理

钢的热处理原理

三、钢的珠光体转变
(A1 ~550℃)
• 1 珠光体的组织形态 片状珠光体与球(粒)状珠光体
a)片状珠光体
b)球状珠光体
(1)
片状珠光体

• A1~650℃ 粗珠光体P S0=0.6 -1.0μm • 650~600℃ 索氏体S S0=0.25-0.3μm • 600~550℃ 屈氏体T S0=0.1 -0.15μm 转变温度↓(即过冷度△T↑), 片层间矩(S0)↓。 P片层间距↓,相界面↑,塑性变形抗 力↑,故强度和硬度↑。塑性、韧性↑。
• 临界点温度
• 1.平衡临界点:A1、A3、Acm • 2. 加热临界点:A c1、Ac3、Accm
• 3. 冷却临界点:Ar1、Ar3、Arcm
三、固态相变的特点
(一)相变阻力大
新旧两相比体积不同 相界面不匹配引起的弹性畸变 扩散速度慢
(二)新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系
(三)母相晶体缺陷对相变起促进作用 (四)易于出现过渡相
• 测定方法: • ① • ② • ③ 制成许多小试样(Φ10×1.5); 加热到Ac1以上A化; 取出投到Ar1以下某一温度等温;
• ④
• ⑤
每隔一定时间取出一个试样淬火;
在金相显微镜下进行金相分析;
• ⑥ 观察组织,凡在等温时未转变的A水冷后变成马氏体 和残余A,在组织中呈白亮色,而等温转变产物在水冷后 被原样保留下来。以转变产物量为1%,作为转变开始, 转变产物量为99%时作为转变终了。
共析钢中奥氏体形成示意图
上一级
5 亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程
亚共析钢:F + P → F + A → A
过共析钢: Fe3C + P → Fe3C + A → A

电焊填空答案

电焊填空答案

1.力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能。

2.金属力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及抗疲劳强度。

3.强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力‘4.金属材料的塑性一般用断面收缩率和延伸率来衡量。

5.硬度指标可分为布氏硬度、洛氏硬度和韦氏硬度等三种。

6.金属材料传到热量的性能称为导热性。

7.铝合金按其成分和工艺特点,可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

8.金属的物理性能包括密度、熔点、导电性和热膨胀性、导热性。

9.耐热钢是指在高温下具有一定热稳定性和热强性的钢。

10.不锈钢是具有抗大气、酸、碱、盐、等腐蚀作用的不锈耐酸钢的统称。

11.金属材料传导电流的性能称为导电性,其衡量指标是电阻率。

12.。

焊缝符号一般由基本符号和指引线组成,必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。

13.金属从固态向液态转变时的温度称为熔点。

14.表示焊缝表面齐平的符号是-,表示环绕焊件周围焊缝的符号是○.15.在物质内部,凡是原子呈无序堆积状况的称为非晶体,相反,凡是原子有序、有规则排列的称为晶体。

16.金属由液态转变为固态的过程叫结晶。

17.根据加热、冷却方法不同,热处理可分为退火、正火、淬火和回火等。

18.金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象叫同素异构转变。

19.灰铸铁低温石墨化退火可使铸铁共析渗碳体球化和分解析出石墨。

20.表面淬火的目的是提高铸铁的表面硬度和耐磨性。

21.凡方向和大小都不随时间变化的电流为直流电,反之为交流电。

22.电流的磁效应现象说明电流周围存在磁场。

23.相电压是端线与中线间的电压,线电压是任意两相端线间的电压。

24.异步电机由定子和转子两个基本部分组成。

25.电流表使用时应串入待测电路中,电压表使用时应与待测电路并联。

26.电弧具有两个特性,即能放出强烈的光和大量的热。

27.直流电弧由阴极区、阳极区和弧柱区组成。

28.电弧是一种空气导电的现象。

29.引弧时,必须有较高的空载电压,才能使两级间电阻的接触处击穿。

第六章 钢的奥氏体转变图

第六章 钢的奥氏体转变图
变(A→B)
●亚共析钢和过共析钢的 C曲线(图 4)
图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较
四. IT图的应用 1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一:
①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织; ②制定等温淬火和分散淬火的工艺; ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却,其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。 因此,IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据, 它的直接应用受到很大的限制。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2)过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M
相变区。以T8钢为例,同温度的转变产物如图 2所示:
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域(高温转变) 从A1~550℃范围内,A等温分解为片状F+片状
五.过冷奥氏体连续转变图
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规律,主要用于
研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中,多为连续冷却,
所以难以直接应用,CCT图(连续转变图,Continuous、
Cooling、Fransformation)能比较接近实际热处理冷却
条件,应用更方便有效。
(一)共析碳钢的连续冷却转变图 (图6)
图1 共析碳钢IT 曲线测试示意图
图1 共析碳钢IT 图
二、过冷A等温转变图的基本形式
1. 结构: 1)A1是临界点; 2)转变开始线左方是过冷 A区; 3)转变结束线右方是转变结束区( P或B); 4)两线之间是转变过渡区:
A→P转变的 A+P区; A→B转变的 A+B区。
5)水平线 Ms为马氏体转变开始温度, 其下方为马氏体转变区。这是一幅比 较简单的过冷 A等温转变图。

shenlong 第七章钢在加热 和冷却时的转变 上海理工大学材料学院 - 本

shenlong 第七章钢在加热 和冷却时的转变 上海理工大学材料学院 - 本

本质粗晶粒钢:随加热温 度升高,奥氏体晶粒迅 速长大; 本质细晶粒钢:在930℃ 以下随温度升高,奥氏 本质粗晶粒钢 体晶粒长大速度很缓 慢,当超过某一温度 (950~1000℃ )以后, 本质细晶粒钢也可能迅 本质细晶粒钢 速长大,晶粒尺寸甚至 超过本质粗晶粒钢。
图 奥氏体晶粒长大的倾向与 温度的关系
α
→ C%
图 铁碳相图
Fe3C
§ 2 钢在加热时的转变
一 奥氏体形成的机理 1 奥氏体组织结构和性能
① 定义:C 及合金元素固溶于面心立方结构的 γFe 中形成的固溶体。 C溶于γ相八面体间隙中, R间隙 = 0.535 A ﹤ R c=0.77A →γ晶格畸变,并 非所有晶胞均可溶碳, 1148℃ → 2.5个晶胞溶一个C原子。 ② 性能:顺磁性;比容最小; 塑性好;线膨胀系数较大
W18Cr4V钢热处理工艺曲线
温度/℃
预备热处理
最终热处理
时间
6、临界温度与实际转变 温度
铁碳相图中PSK、GS、ES线分 别用A1、A3、Acm表示. 实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象,因此将钢加热时 的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变 温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。 由于加热冷却速度直接影响转变温度,因此一般手册中的数 据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
奥氏体有三种不同概念的晶粒度 (1) 初始晶粒度: 奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。 ——通常极细小 (2) 实际晶粒度:
具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小 ①与具体热处理工艺有关: 热处理温度↑,时间↑ ,晶粒长大。 ②与晶粒是否容易长大有关
——— 引入本质晶粒度概念
(3)本质晶粒度 指钢在特定的加热条件下,奥氏体晶粒长 大的倾向性,分为本质粗晶粒度和本质细晶 粒度。 测定方法:根据标准试验方法(YB27-64),在 (930±10)℃保温3~8h后测定的奥氏体晶 粒大小,称为本质晶粒度。 若晶粒度为1-4 级:本质粗晶粒度钢, 5-8 级:本质细晶粒度钢。

钢在加热时的转变

钢在加热时的转变

钢在冷却时的转变冷却是热处理的最后一个工序,也是最关键的工序,它决定了钢热处理后的组织和性能。

同一种钢,加热温度和保温 时间相同,冷却方法不同,热处理后的性能截然不同。

这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。

那么奥氏 体在冷却时转变成什么产物?有什么规律呢?这就是本次课的主要内容。

碳钢热处理时的冷却速度一般较大,大多都偏离了平衡状态(除退火外) ,所以热处理后的组织为非平衡组织。

碳钢 非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相比差别很大。

所以不能再用铁碳相图加以分析,而应使用 C 曲线来确定。

一、 共析钢等温转变 C 曲线先介绍几个概念。

等温冷却和连续冷却;过冷奥氏体:处于 A1以下热力学不稳定的奥氏体,而奥氏体在 A1以上是稳定的,不会发生转变。

所以等温转变 C 曲线讲的就是过冷奥氏体在等温冷却条件下的转变规律。

(一) 、等温 C 曲线的测定(略)(二) 、等温 C 曲线的结构坐标轴、线、区的含义;孕育期的问题,引出 C 曲线的“NOSE”,共析钢过冷奥氏体最不稳定的温度是550℃,也就是说其“NOSE”出现在 550℃。

C 曲线的“NOSE”对钢的热处理影响很大,应注意。

(三) 、转变产物按照不同的冷却条件,过冷奥氏体在不同的温度范围内等温时将转变成不同的产物。

1、 珠光体类型转变在 A1--550℃之间等温时,过冷奥氏体转变成珠光体类型组织(即都是由 F 和 Fe3C 组成 ) ,而且等温温度越低, 组织中 F 和 Fe3C 的层片间距越小,组织越细,力学性能越高。

这些组织分别称为珠光体、索氏体和屈氏体,用符号 P、 S、T 表示。

其中 S 只有在1000倍的显微镜下才能分辨出其层片状形态;而 T 则只有在更高倍的电子显微镜下才能分辨 出其层片状形态。

这个转变是一个扩散型相变,需要完成铁的晶格改组和碳原子的重新分布。

2、 贝氏体转变在550℃--Ms 之间等温时,过冷奥氏体发生贝氏体转变。

亚共析钢的等温转变曲线

亚共析钢的等温转变曲线

亚共析钢的等温转变曲线亚共析钢的等温转变曲线是指在恒定温度下,钢材的组织转变过程所对应的曲线。

亚共析钢是指在冷却过程中,钢材中的部分成分会先于整体组织发生相变,形成亚共析组织。

亚共析钢的等温转变曲线是研究亚共析组织形成过程的重要工具。

亚共析钢的等温转变曲线可以通过实验方法来获得。

首先,需要准备一定数量的亚共析钢试样,然后将试样放置在恒定温度下进行保温。

在保温过程中,可以通过金相显微镜等实验手段观察试样的组织变化,并记录下来。

通过多次实验,可以得到不同温度下试样组织的转变情况,从而绘制出亚共析钢的等温转变曲线。

亚共析钢的等温转变曲线通常包括两个主要的阶段:亚共析组织形成阶段和共析组织形成阶段。

在亚共析组织形成阶段,随着温度的升高,钢材中的一部分成分会发生相变,形成亚共析组织。

在这个阶段,试样的组织会出现明显的变化,通常可以观察到晶粒尺寸的增大和晶界的出现。

随着时间的推移,亚共析组织会逐渐扩展和增多。

当温度进一步升高时,亚共析组织会进一步发展为共析组织。

在共析组织形成阶段,试样的组织会趋于稳定,并达到一个平衡状态。

在这个阶段,试样的组织变化相对较小,通常可以观察到晶粒尺寸的进一步增大和晶界的进一步稳定。

亚共析钢的等温转变曲线可以用来研究钢材的相变规律和性能变化。

通过观察和分析等温转变曲线,可以了解不同温度下钢材的组织演变过程、晶粒尺寸的增长规律以及晶界对材料性能的影响等。

同时,等温转变曲线还可以用来指导钢材的热处理工艺设计和优化。

总之,亚共析钢的等温转变曲线是研究钢材相变和组织演变过程的重要工具。

通过实验方法可以获得不同温度下试样的组织变化情况,并绘制出相应的等温转变曲线。

这些曲线可以用来研究钢材的相变规律和性能变化,并指导热处理工艺的设计和优化。

亚共析钢的膨胀曲线

亚共析钢的膨胀曲线

高聚物的DTA曲线示意图
加热过程中依次发生玻璃化转变Tg、结晶Tc、熔 融Tm、热氧化Tox裂解等转变
2差示扫描量热法DSC Differential Scanning Calorimetry
试样和标样在程序控温下,测量输给试样和标样的热流量 (或功率)差与温度或时间的关系。
DSC基本特征: 试样和标样温度差为0; 试样和标样必须在相同条件下加热
铁碳相图
钢的热膨胀曲线示意图
a)亚共析钢 b)共析钢
c) 过共析钢
2 测定相变转变量
杠杆定律:
B
C点新相转变量(体积比)%
=AC/AB×I%
I%该温度范围内最大转变量
C
转变完全时,I%=100%
转变不完全时,I%=(100-A残)%
A
不同温度区间转变相对量
AB=AB/(AB+EF) ×I% EF=EF/(AB+EF) ×I%
研究Al-Si-Cu-Mg铸造合金的时效
对经过490C/8hr+520C/8hr 水淬的 合金在不同温度进行时效
1.时效初期,固溶体中形成G-P 区,使导电电子发生散射,因 而导致电阻增大。
2.当合金开始脱溶析出CuAl2和 MgSi时,电阻开始下降。
3.随着时效温度的增高和时间 的延长,新相的析出量增加, 合金的电阻进一步下降。
材料疲劳过程的研究
材料的应力疲劳是内部位错的增殖、裂纹的扩展等一系列微观缺陷的发 展导致宏观缺陷发展的过程,故将引起电阻的变化。
疲劳过程,电阻变化可以分为四个阶段: 第1、2阶段:电阻变化不大; 第3阶段:电阻值有缓慢增加的趋势,这对应于材料内部缺陷的密度
不断的增高; 第4阶段:电阻变化更加明显,这时试样内部裂纹已发展到表面出现
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铁碳相图
钢的热膨胀曲线示意图
a)亚共析钢 b)共析钢
c) 过共析钢
2 测定相变转变量
杠杆定律:
B
C点新相转变量(体积比)%
=AC/AB×I%
I%该温度范围内最大转变量
C
转变完全时,I%=100%
转变不完全时,I%=(100-A残)%
A
不同温度区间转变相对量
AB=AB/(AB+EF) ×I% EF=EF/(AB+EF) ×I%
1差热法DTA Differential Thermal Analysis
在相同条件下,测量试样与标准试样间 的温度差
DTA
温度
差热电势 (温差)
差热电势 (温差)
时间
时间
温度
DTA曲线
吸热转变 T试<T标 放热转变 T试> T标 对同一物质不同的实验条件差热分析测量
值可能不一致
Heat Flow
2 研究相变曲线
DSC measurement of martensitic transformation
Temperature
endothermic
Thermomechanical behaviour of NiTi
(DSC)
Stress
dQ/dt
Temperature
Strain
微裂纹。
热分析方法的应用
热容测量的经典方法是量热计法 在金属研究中常用的是撒克司(Sykes)和史密
斯(Smith)法。
热分析基本原理
热效应的来源:材料物理或化学变化
现代 热分析方法
热分析是在程序控制下,测量物质的物理 性质与温度关系的一种技术。
质量 热重法TG (Thermal Gravitymeter) 温度 差热法DTA (Differential Thermal Analyzer) 热量 差示扫描量热法DSC (Differential Scanning Calorimeter) 尺寸 热膨胀法 力学 热机械分析TMA (Thermal Mechanical Analyzer)
渗碳体为弱铁磁体
淬火钢中残余奥氏体量测量
(1) 马氏体+残余奥氏体 钢的饱和磁化强度
Ms
MM
VM V

M
A
VA V
由于很容易对材料的许多物理过程进行电阻的跟 踪测量,常用测量电阻率的变化来研究材料内部 组织结构的变化,称为电阻分析。
如:研究过饱和固溶体的脱溶和溶质元素的回溶、 测定固溶体的溶解度曲线、研究合金的时效、合 金的不均匀固溶体的形成以及有序-无序转变等。
马氏体相变和逆相变时的电阻-温度 曲线示意图
DSC和DTA曲线形状相似,但纵坐标意义不同, DTA 表 示温差, DSC表示热流率
DSC的应用
玻璃化转变 熔融、结晶 共熔温度、纯度 物质鉴别 相容性 热稳定性、氧化稳定性 热力学参数 反应动力学 液相、固相比例 比热
热分析应用举例
1 研究相图
exothermic
2 灵敏地确定一些微元素对材料结构与性 能的影响
3 所得结果反映材料的整体效应,可避免 局部微观区域观察或测定可能造成的错觉
亚共析钢的膨胀曲线
膨胀量 Ac1
Ac3 Ar1
Ar3
温度
1.电阻分析在材料研究中的应用
电阻率是对材料成分、组织和结构极敏感的性能, 能灵敏地反映材料内部的微弱变化。
内容
1.前沿 2. 电阻分析在材料研究中的应用 3. 热分析在材料研究中的应用 4. 磁性测量
材料物理性能分析
研究不同材料的物理性能变化规律,作 为研究材料的一种物理方法和手段
材料物理性能分析特点:
1 有效进行材料试验动态过程研究,较精确 地判断材料中发生相变的温度、时间、数 量和限度。
I %为两个温度范围内总的
转变量 AB,EF为转变区范围中点
F B
与膨胀曲线直线部分延
长线交线
E
A
3 测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线 Time-Temperature-Transformation
膨胀量
温度
时间
时间
测定钢的连续冷却转变
在钢铁研究中的应用原理: 奥氏体为顺磁体,马氏体铁素体等为铁磁体,
材料疲劳过程的研究
材料的应力疲劳是内部位错的增殖、裂纹的扩展等一系列微观缺陷的发 展导致宏观缺陷发展的过程,故将引起电阻的变化。
疲劳过程,电阻变化可以分为四个阶段: 第1、2阶段:电阻变化不大; 第3阶段:电阻值有缓慢增加的趋势,这对应于材料内部缺陷的密度
不断的增高; 第4阶段:电阻变化更加明显,这时试样内部裂纹已发展到表面出现
高聚物的DTA曲线示意图
加热过程中依次发生玻璃化转变Tg、结晶Tc、熔 融Tm、热氧化Tox裂解等转变
2差示扫描量热法DSC Differential Scanning Calorimetry
试样和标样在程序控温下,测量输给试样和标样的热流量 (或功率)差与温度或时间的关系。
DSC基本特征: 试样和标样温度差为0; 试样和标样必须在相同条件下加热
研究Al-Si-Cu-Mg铸造合金的时效
对经过490C/8hr+520C/8hr 水淬的 合金在不同温度进行时效
1.时效初期,固溶体中形成G-P 区,使导电电子发生散射,因 而导致电阻增大。
2.当合金开始脱溶析出CuAl2和 MgSi时,电阻开始下降。
3.随着时效温度的增高和时间 的延长,新相的析出量增加, 合金的电阻进一步下降。
线膨胀系数计算公式:
a

l
l0 l0
T
1 T0
石英
式中l、l0分别为试样在T、T0温度时的长度, 后一项为石英棒的线膨胀系数石= 0.55 10-6
石英管 石英棒 试样
应用1 测定相变点
纯铁加热过程中比容变化
钢中组织的比容顺序:马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体
钢的高温组织奥氏体比容最小
A
A
s f
Shape memory effect of NiTi
3 研究有序-无序相变
通过熔点进行高分子材料的鉴别 (DSC)
热重分析(TG )测试CuSO4 5H2O的 热重曲线
热膨胀测试方法及应用
测试方法:机械放大、光学放大、电磁放 大
机械放大
光学放大
电磁膨胀仪
l2 l1 l T2 T1 l1
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