奥氏体的形成【创意版】.ppt
合集下载
《奥氏体的形成》课件

镍的影响:镍可以稳定奥氏体相,提高奥氏体的耐腐蚀性 单击此处输入你的项正文,文字是您思想的提炼,言简意赅的阐述观点。
锰的影响:锰可以扩大奥氏体的相区,促进奥氏体的形成 单击此处输入你的项正文,文字是您思想的提炼,言简意赅的阐述观点。
硅的影响:硅可以提高奥氏体的耐热性,但会缩小奥氏体的相区 单击此处输入你的项正文,文字是您思想的提炼,言简意赅的阐述观点。
良好的焊接性能
具有良好的耐腐蚀性 较高的耐热性 良好的塑性和韧性 良好的加工性能
奥氏体钢的加工硬化:通过冷加工变形提高强度和硬度
奥氏体不锈钢的应用:具有优良的耐腐蚀性和耐热性,广泛应用于化工、石油等领域
奥氏体耐热钢的应用:在高温环境下保持优良的性能,用于制造锅炉、热交换器等设备
奥氏体合金钢的应用:通过添加合金元素改善性能,用于制造刀具、模具等耐磨材料
碳的扩散:碳原子在奥氏体中的扩 散速度较慢,需要一定的时间才能 形成完整的奥氏体
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
温度:奥氏体的形成需要一定的温 度,通常在727℃以下
合金元素:某些合金元素可以促进 奥氏体的形成,如镍、锰等
铁素体和渗碳体的分解 碳的扩散和溶解 奥氏体的形核和长大 奥氏体晶粒的长大和相变
形貌差异:奥氏体呈面心立方结构,其它相呈体心立方或简单立方结构 结构差异:奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,其它相是碳在α-Fe中的间隙固溶体 形成条件差异:奥氏体在高温下形成,其它相在室温下形成 物理性质差异:奥氏体塑性好,其它相硬度高
PART FIVE
良好的塑性和韧性
良好的耐腐蚀性
良好的导热性
实验过程:加热、 保温、冷却等
实验结果:观察奥 氏体的形貌、分析 奥氏体相变动力学 等
锰的影响:锰可以扩大奥氏体的相区,促进奥氏体的形成 单击此处输入你的项正文,文字是您思想的提炼,言简意赅的阐述观点。
硅的影响:硅可以提高奥氏体的耐热性,但会缩小奥氏体的相区 单击此处输入你的项正文,文字是您思想的提炼,言简意赅的阐述观点。
良好的焊接性能
具有良好的耐腐蚀性 较高的耐热性 良好的塑性和韧性 良好的加工性能
奥氏体钢的加工硬化:通过冷加工变形提高强度和硬度
奥氏体不锈钢的应用:具有优良的耐腐蚀性和耐热性,广泛应用于化工、石油等领域
奥氏体耐热钢的应用:在高温环境下保持优良的性能,用于制造锅炉、热交换器等设备
奥氏体合金钢的应用:通过添加合金元素改善性能,用于制造刀具、模具等耐磨材料
碳的扩散:碳原子在奥氏体中的扩 散速度较慢,需要一定的时间才能 形成完整的奥氏体
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
温度:奥氏体的形成需要一定的温 度,通常在727℃以下
合金元素:某些合金元素可以促进 奥氏体的形成,如镍、锰等
铁素体和渗碳体的分解 碳的扩散和溶解 奥氏体的形核和长大 奥氏体晶粒的长大和相变
形貌差异:奥氏体呈面心立方结构,其它相呈体心立方或简单立方结构 结构差异:奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,其它相是碳在α-Fe中的间隙固溶体 形成条件差异:奥氏体在高温下形成,其它相在室温下形成 物理性质差异:奥氏体塑性好,其它相硬度高
PART FIVE
良好的塑性和韧性
良好的耐腐蚀性
良好的导热性
实验过程:加热、 保温、冷却等
实验结果:观察奥 氏体的形貌、分析 奥氏体相变动力学 等
钢中奥氏体的形成 优秀课件

为了维持原来相界面处的局部碳浓度平衡,
在γ/Fe3C相界面处的渗碳体必须溶入奥氏体 以供应碳量,使其碳浓度恢复至Cγ/cem。同时, 在γ/α相界面处的铁素体必转变为奥氏体,使
其碳浓度降至Cγ/α。这样,奥氏体的两个相 界面便自然地同时向渗碳体和铁素体中推移,
使奥氏体不断长大。
在铁素体中也进行着碳的扩散。在铁素体、
为了区别, 通常把实际加热时的相变临界点 标以字母c(如AC1、AC3、ACcm) 把冷却时的相变临界点 标以字母r(如Ar1,Ar3,Arcm
1.2 奥氏体的组织和结构
奥氏体的组织通常是由等轴状的多边形晶粒所组成,晶内常可出现相变孪晶
12CrNi3钢的原奥氏体晶粒组织
奥氏体不锈钢
纯铜
形变和退火孪晶
FeБайду номын сангаасC ) → γ
6.69%
0.77%
点阵结构:体心立方 复杂斜方 面心立方
从右图中的GS线可知,奥氏体中 与铁素体相平衡的碳含量随温度升高 而下降。铁素体中的最大碳含量为 0.02%(在A1温度),而为使铁素体转 变为奥氏体,铁素体的最低碳含量必 须是:727℃为0.77%、740℃为0.66%、 780℃为0.40%、800℃为0.32%等等, 均远远高于铁素体中的最大碳含量。 实际上,在微观体积内由于碳原子的 热运动而存在着浓度起伏。
1.3 奥氏体的性能
面心立方点阵是一种最密排的点阵结构,致密度高,所以奥氏体的比 容最小。
❖奥氏体中铁原子的自扩散激活能大,扩散系数小,因此奥氏体钢的热 强性好,可作为高温用钢。
奥氏体具有顺磁性,而奥氏体的转变产物均为铁磁性,所以奥氏体钢 又可作为无磁性钢。
奥氏体的线膨胀系数大,因此奥氏体钢也可用来制作热膨胀灵敏的仪 表元件;
材料科学基础PPT 第二章 钢中奥氏体的形成

奥氏体晶粒长大及控制
影响奥氏体晶粒长大的因素: 影响奥氏体晶粒长大的因素: 冶炼方法的影响 脱氧的钢属于本质细晶粒钢; 用Al脱氧的钢属于本质细晶粒钢;用Si、Mn脱氧 脱氧的钢属于本质细晶粒钢 、 脱氧 的钢属于本质粗晶粒钢。 的钢属于本质粗晶粒钢。 原始组织的影响 原始组织越细,碳化物弥散度越大, 原始组织越细,碳化物弥散度越大,所得奥氏体的 起始晶粒越细小。 起始晶粒越细小。
Q +W I = C exp − kT
W=A
σ3
∆Gv
2
奥氏体形成动力学
原始组织越细, 原始组织越细,奥氏体 影响奥氏体形成速度的因素: 影响奥氏体形成速度的因素: 形核部位增多, 形核部位增多,碳原子扩 散距离减小, 散距离减小,加速奥氏体 的形成。 的形成。 加热温度 片状珠光体比粒状珠光 体的相界面大,渗碳体呈 体的相界面大, 薄片状,易于溶解, 薄片状,易于溶解,加速 奥氏体形成。 奥氏体形成。
原始组织
影响碳化物的稳定 性及碳在奥氏体中的 扩散; 扩散; 改变相变临界点; 改变相变临界点; 影响片层间距和碳在 奥氏体中的溶解度; 奥氏体中的溶解度; 合金元素自身的扩散 可很困难。 可很困难。
P
A
合金元素
奥氏体晶粒长大及控制
奥氏体化的目的是获得成分均匀和一定晶粒大小的奥氏体组织。 奥氏体化的目的是获得成分均匀和一定晶粒大小的奥氏体组织。 一、奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度一般是指奥氏体化后的实际奥氏体晶粒大小。 奥氏体晶粒度一般是指奥氏体化后的实际奥氏体晶粒大小。 一般可用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体晶粒数目来表 奥氏体晶粒度通常分为8级标准评定 级最粗 级标准评定, 级最粗, 级最 示。奥氏体晶粒度通常分为 级标准评定,1级最粗,8级最 细,超过8以上者称为超细晶粒。 超过 以上者称为超细晶粒。 以上者称为超细晶粒 奥氏体晶粒度级别N与单位面积中奥氏体晶粒数 之间的关系 奥氏体晶粒度级别 与单位面积中奥氏体晶粒数n之间的关系: 与单位面积中奥氏体晶粒数 之间的关系:
金属热处理原理奥氏体的形成课件.ppt

❖ 界面处碳浓度差大,有利于获得奥氏体晶核形成 所需的碳浓度。
❖ 界面处原子排列不规则,铁原子有可能通过短程 扩散由母相点阵向新相点阵转移,即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
❖ 四个基本过程完成外,还有先共析铁 素体(渗碳体)向奥氏体的转变。
❖ 见动画
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3 奥氏体形成动力学
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
❖ 合金元素对A形成速度的影响,也受到合金碳化物向A中 溶解难易程度的牵制。
Cr,2%,(FeCr)3C;6%,(CrFe)7C3---慢 11%, (CrFe)23C6---快
❖ 改变临界点
Ni、Mn、Cu 等↓A1, ↑奥氏体形成速度; Cr、Mo、Ti、Si、Al、W等↑ A1 , ↓奥氏体形成速度;
不均,晶界弯曲,界面能很高。 ❖ 界面能越高则界面越不稳定,必然要自发地向减
小晶界面积,降低界面能方向发展。弯曲晶界变 成平直晶界是一种自发过程。 晶粒长大的驱动力G:G = 2σ/R σ-奥氏体的比界面能;R-晶界曲率半径
金属热处理原理奥氏体的形成课件
(2)晶粒长大过程
❖ 奥氏体化( austenitizing): 钢加热获得奥氏体的过程。
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
金属热处理原理奥氏体的形成课件
❖ 界面处原子排列不规则,铁原子有可能通过短程 扩散由母相点阵向新相点阵转移,即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
❖ 四个基本过程完成外,还有先共析铁 素体(渗碳体)向奥氏体的转变。
❖ 见动画
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3 奥氏体形成动力学
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
❖ 合金元素对A形成速度的影响,也受到合金碳化物向A中 溶解难易程度的牵制。
Cr,2%,(FeCr)3C;6%,(CrFe)7C3---慢 11%, (CrFe)23C6---快
❖ 改变临界点
Ni、Mn、Cu 等↓A1, ↑奥氏体形成速度; Cr、Mo、Ti、Si、Al、W等↑ A1 , ↓奥氏体形成速度;
不均,晶界弯曲,界面能很高。 ❖ 界面能越高则界面越不稳定,必然要自发地向减
小晶界面积,降低界面能方向发展。弯曲晶界变 成平直晶界是一种自发过程。 晶粒长大的驱动力G:G = 2σ/R σ-奥氏体的比界面能;R-晶界曲率半径
金属热处理原理奥氏体的形成课件
(2)晶粒长大过程
❖ 奥氏体化( austenitizing): 钢加热获得奥氏体的过程。
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
金属热处理原理奥氏体的形成课件
奥氏体的形成钢的热处理工艺ppt文档

3. A形成的条件 (1)热力学形成条件
G α
Δg
γ
Gα→γ
➢ 克服△g势垒 ➢ △G<0
状态Ⅰ
状态Ⅱ
ΔG=-ΔGv+ΔGs+ΔGe<0
A形成的条件 过热(T>A1) G
ΔG=-ΔGv+ΔGs+ΔGe<0
GA GP
△ GV △T
A1=727℃
T℃
ΔGv与ΔT的关系 ΔGV=Gp-GA (1)
GA=HA-TSA (2)
• A1以上,F+A
• A3以上,A
T℃ A3
A
F
Acm A1
Fe
C
F P A 1 F A A 3 A
1.平衡加热状态 过共析钢的奥氏体化 • 室温下组织为 P+Fe3C • A1以上,Fe3C+A • Acm以上,A
T℃ A3
A
F
Acm A1
• 在A1〜Acm之间的奥氏体化, Fe
残余碳化物溶解: 由Fe3C中的C原子向A中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散,
Fe3C向A晶体点阵改组实现的.
4.2、奥氏体形成机理
1.奥氏体的形核 2.奥氏体的长大 3. 残余碳化物的溶解 4.奥氏体的均匀化 ➢ 奥氏体的不均匀性:
即使Fe3C完全溶解转变为奥氏体,碳在奥氏体中的 分布仍然不均匀,表现为原Fe3C区域碳浓度高,原F 区碳浓度低。 ➢ 奥氏体的均匀化: 随着继续加热或继续保温,以便于碳原子不断扩散, 最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。
奥氏体长大方向 A
F Fe3C
A平行于片层长大速度 > 垂直于片层长大速度
45钢在735℃加热10min的组织15000×
钢中奥氏体的形成精品PPT课件

4.1.3奥氏体的性能 1.机械性能: (1)屈服强度、硬度低 易于变形加工成型; (2)塑性、韧性高; (3)热强性高 2.应用:(1)变形加工成型;(2)奥氏体不锈钢
耐蚀性;(3)膨胀仪表灵敏元件。
10
物理性能
因面心立方点阵是一种最密排的点阵结构, 致密度高,所以奥氏体的比容最小;
奥氏体的导热性差,故奥氏体钢加热时, 不宜采用过大的加热速度,以免因热应力 过大引起工件变形;
奥氏体的线膨胀系数大,因此奥氏体钢也 可用来制作热膨胀灵敏的仪表元件;
11
奥氏体具有顺磁性,而奥氏体的转变产物 均为铁磁性,所以奥氏体钢又可作为无磁 性钢;
单相奥氏体具有耐腐蚀性; 奥氏体中铁原子的自扩散激活能大,扩散
系数小,因此奥氏体钢的热强性好,可以 作为高温用钢。
12
4.2 奥氏体的形成
如此历经“破坏平衡”、
“建立平衡”的反复, 奥氏体晶核长大。
F
Fe3C
C1
A
C2 C3
C4
珠光体片间距
26
2.奥氏体晶格改组 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。 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。
27
28
29
30
4.3 奥氏体动力学
D L+Fe3C F
K
+Fe3C
2
3
4
5
6
wC(%)
17
奥氏体的形成过程
奥氏体的形成由四个基本过程组成: 形核 长大 渗碳体的溶解 成分的均匀化
18
19
20
Wc=0.20%
亚共析钢
Wc=0.60%
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
八面体间隙半径 0.52 Ǻ 碳原子半径 0.77 Ǻ →点阵畸变
图2-1 奥氏体的单胞
奥 氏 体 相 区 : NJESGN包围的区域
GS线 ---- A3线 ES线 ---- Acm线 PSK线 ---- A1线
碳在奥氏体中的最大 溶 解 度 为 2.11wt% (10at%)
碳原子的溶入使 γ-Fe 的点阵畸变,点阵常数 随碳含量的增加而增大
③ 为了恢复并维持相界面上的平衡浓度 α点阵重构→γ,向α方向长大,Cr-α’↓ → Cr-α Fe3C向γ中溶解,向Fe3C方向长大, Cr-k’↑→ Cr-k
奥氏体晶核的长大速度
G
G
G k
D dC 1 dx C
D dC 1 dx C k
D dC ( 1 1 ) dx C C K
2.2 奥氏体形成的动力学
2.2.1 形核率
为了满足形核的热力学条件,需依靠能量起 伏,补偿临界晶核形核功,所以形核率应与获 得能量涨落的几率因子 exp(-∆G*/kT) 成正比。
为了达到奥氏体晶核对成分的要求,需要原 子越过能垒,经扩散富集到形核区,所以应与 原子扩散的几率因子 exp(-Q/kT) 成正比。
N = C’ exp(-∆G*/kT)exp(-Q/kT)
(2-3)
式中: C’ ---- 常数 ∆G* ---- 临界形核功 Q ---- 扩散激活能 k ---- 玻尔兹曼常数,= 1.38X10-23 J/K T ---- 绝对温度 N ---- 形核率,单位 1/(mm3 • s)
①相界面形核,可以消除部分晶体缺陷而使体系的
自由能降低,有利于相变对能量的要求。
②相界面两边的碳浓度差大,较易获得与新相奥氏
体相适配的碳浓度,况且碳原子沿界面扩散较晶
内为快,从而加速了奥氏体的形核。
③相界面处,原子排列较不规则,易于产生结构起
伏,从而由BCC改组成FCC。
(2)奥氏体的长大
dC
dx
(1) (2) (3) (4)
图2-5 奥氏体形成的四个阶段
(1)奥氏体的形核 形核的成分、结构条件
在A1温度(727℃):
C% 结构
α+
0.0218 BCC
Fe3C 6.69
复杂斜方
γ
0.77 FCC
形核位置
α/Fe3C相界面上 优先
鉴于相变对成分、结构以及能量的要求,晶核将在 α/Fe3C相界面上优先形成,这是由于:
第二章 奥氏体的形成
热处理:是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的
组织结构,获得所需要性能的一种工艺.
为简明表示热处理的 基本工艺过程,通常 用温度—时间坐标绘 出热处理工艺曲线。
2.1 奥氏体及其形成机理
2.1.1 奥氏体的结构及其存在范围
奥氏体是碳溶于γ-Fe 中的间 隙固溶体
碳原子位于八面体间隙中心, 即FCC晶胞的中心或棱边的中点
(2 2)
其中:D 碳在 中的扩散系数
dC 碳在 中的浓度梯度
dx
dC CrK Cr ; dx为生成的 小晶粒厚度 C C C / 界面上的碳浓度差
C K CK C K / Fe3C界面上的碳浓度差
由式(2-2)可知,奥氏体晶核的长大速度 与碳在奥氏体中的浓度梯度成正比,而与相 界面上的碳浓度差成反比。
∆Cr↔α
∆Cr↔k
图2-6 相界面上的碳浓度及扩散
奥氏体形成瞬间成分不均匀的几个C%
• Cγ:奥氏体的碳浓度,0.77%; • C γ -α:奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量(GS线); • C γ -Fe3C:奥氏体中靠近渗碳体一侧含碳量(ES线); • C α - γ :铁素体中靠近奥氏体一侧含碳量(GP线); • C α -Fe3C:铁素体中靠近渗碳体一侧含碳量(QP的延长线) • Fe3C:渗碳体的碳浓度,6.69%
C% dC
dx
图2-7 相界面上的碳浓度及扩散
① 奥氏体在α/Fe3C相界面上形核后,将产生三相平衡, 产 生 γ/Fe3C 和 r/α两个相界面。
② Cr-k > Cr-α ,浓度差 dC = Cr-k - Cr-α 将在奥氏体内产生扩散
Cr-α↑ → Cr-α’
;
Cr-k ↓→ Cr-k’
相界面上的平衡浓度被打破
加热时临界点 加注c :
Ac1 Ac3 Accm
冷却时临界点 加注r :
Ar1 Ar3 Arcm
图2-4 以0.125℃/min加热和冷却时, Fe-C相图中临界点的移动
2.1.4 奥氏体的形成机理
奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变
奥氏体的形成过程可分成四个阶段: (1)奥氏体的形核 (2)奥氏体的长大 (3)渗碳体的溶解 (4)奥氏体的均匀化
由于 γ/Fe3C相界面的碳浓度差 ∆Cγ↔k 较 大,Fe3C本身复杂的晶体结构,使得奥氏体 向渗碳体方向的长大速度远比向铁素体方向 为小,所以铁素体向奥氏体的转变比渗碳体 的溶解要快得多,铁素体先消失,而渗碳体 有剩余。
根据公式(2-2)
GF/GFe3C = ∆C γ-Fe3C / ∆Cγ-α 在780 ℃时, ∆C γ-Fe3C =6.69-0.89
∆Cγ-α =0.41-0.02
∴ GF/GFe3C ≈ 14.8
但通常片状P的厚度是Fe3C的7倍,因此总是: 铁素体先消失,而渗碳体有剩余。
(3)剩余渗碳体的溶解 剩余渗碳体借助于Fe、C原子的扩散进 一步溶解。
(4)奥氏体成分的均匀化 原渗碳体部位的碳浓度高,原铁素体部 位的碳浓度低。 通过Fe、C原子在新形成奥氏体中的扩 散,实现奥氏体成分的均匀化。
2.1.3 奥氏体形成的热力学条件
∆G = V ∆Gv + S σ+ εV - ∆Gd
- ∆Gd ---- 在晶体缺陷处形核 引起的自由能降低
(2-1)
相变必须在一定的过热
度∆T下,使得∆GV <0,才 能得到∆G<0。所以相变必 须在高于 A1 的某一温度下 才能发生,奥氏体才能开
始形核。
图2-3 自由能和温度关系图
图2-2 Fe-Biblioteka 相图2.1.2 奥氏体的性能
奥氏体的比容最小,线膨胀系数最大,且为顺 磁性(无磁性)。利用这一特性可以定量分析奥 氏体含量,测定相变开始点,制作要求热膨胀灵 敏的仪表元件。
奥氏体的导热系数较小,仅比渗碳体大。为避 免工件的变形,不宜采用过大的加热速度。
奥氏体塑性很好,σS 较低,易于塑性变形。 故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。