金属固态相变相关问题

金属固态相变第一次作业

一、珠光体相变和珠光体组织，组织的获得方式。

（1）珠光体相变及组织：铁

碳合金经过奥氏体化后缓慢冷却时，

具有共析成分的奥氏体在略低于A1

的温度下分解为铁素体与渗碳体双相

组织的共析转变，称为珠光体转变。

左图为过冷奥氏体等温转变动力学图，TTT曲线，C曲线，IT曲线。反映温度—

—时间——转变量三者之间的关系。

左图为共析碳钢C曲线

（2）珠光体组织获得形式

高温转变：在A1~550°C，Fe、C原子均可扩散，共析分解成珠光体——铁素体与渗碳体两相层片状机械混合物。珠光体团（或领域）——片层方向大致相同的珠光体，在一个奥氏体晶粒内可以形成3~5个珠光体团。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

中温转变：在550°C~220°C，C原子可扩散，Fe原子不能扩散。形成贝氏体——过饱和铁素体与渗碳体的非层片状混合物。对于贝氏体又分为上下贝氏体。上贝氏体：550°C稍下形成，羽毛状。在平行铁素体板条间分布有不连续的杆状渗碳体。下贝氏体：220°C稍上形成，针状。在针状铁素体内分布有细小渗碳体。

低温转变：非扩散型转变，Fe、C原子均不发生扩散，生成的马氏体与原奥氏体成分相同。

（3）珠光体组织：

按珠光体的形态，可分为片状珠光体和粒状珠光体两种。其中粒状珠光体按渗碳体颗粒大小，分为粗粒状珠光体、粒状珠光体、细粒状珠光体和点状珠光体；片状珠光体按片间距的大小可分为珠光体、索氏体和屈氏体。

片状珠光体由相间的铁素体和渗碳体片组成，若干大致平行的铁素体与渗碳体片组成一个珠光体领域或称珠光体团。

粒状珠光体由在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体而形成的组织称为粒状珠光体或球状珠光体。粒状珠光体一般是通过球化退火等一些特定的热处理获得的。

珠光体的形成温度较高，片间距较大，约为150nm~450nm；索氏体的形成温度较低，片间距为80nm~150nm；屈氏体形成温度更低，片间距为30nm~80nm。

当钢中加入合金元素时，碳化物形成元素的原子M可能取代渗碳体中部分铁原子，形成合金渗碳体等合金碳化物，即特殊碳化物。当钢中存在合金渗碳体或合金碳化物时，珠光体的组织形态仍然主要是片状珠光体和粒状珠光体两种，但此外还有一些特殊形态的珠光体，如碳化物呈针状或纤维状的珠光体。

相间沉淀也是珠光体的一种特殊的组织形态。

二、影响珠光体性能的参数

（1）片间距越小，珠光体的强度和硬度越高，塑性越大；片间距增大，珠光体断裂强度增加，断面收缩率降低。越接近共析成分时，珠光体对强度的影响就越大，珠光体的片层间距作用越大。片层间距大的小主要取决于形成温度。

（2）珠光体团的直径越小，珠光体的强度和硬度越高，塑性越大；

（3）珠光体中铁素体的亚晶粒尺寸：珠光体中铁素体晶粒直径越小，珠光体的强度和越高，塑性也升高。

（4）原始奥氏体晶粒大小：影响珠光体团直径大小。

（5）碳化物颗粒：当钢的成分一定时，碳化物颗粒约细小，硬度和强度就越高；碳化物颗粒约接近等轴状，分布越均匀，韧性越好。

（6）珠光体形态：片状珠光体相对于粒状珠光体，强度和硬度都较高，但塑性较差，切削性和成型新也较差，疲劳强度也低于粒状珠光体。其原因在于，粒状珠光体中铁素体与渗碳体的相界面较片状珠光体少，强度和硬度稍低；而铁素体呈连续分布，渗碳体呈粒状分散在铁素体基体上，对位错运动的阻碍小，使塑性提高。

（7）热变形参数：变形温度升高、变形速率降低、变形量增大的条件下，利于耐蚀重轨钢动态再结晶的发生；当变形温度和变形量一定时，变形速率越低，发生动态再结晶的可能性越大，应力峰值和临界应变减小；发生动态再结晶后得到珠光体组织，其珠光体片层间距和珠光体球团尺寸比未发生再结晶得到的珠光体更细小。

三、亚共析钢和过共析钢的珠光体相变在奥氏体化加热温

度和保温时间有何异同。

亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同,但因存在先共析铁紊体或二次渗碳体,所以必需加热到Ac1或Accm以上的温度才能获得全部奥氏体组织

（1）淬火加热温度

淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1+（30～50℃）。

亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。

过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1 +（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。

过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。

在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。

强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3－（5～10℃）。

采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。

高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。

（2）保温时间