第四章-材料相变的动力学特征及非平衡相变资料.课件.ppt

1、 3%C1%C1) 3%C合金液体冷却到接合金液体冷却到接近共晶转变温度（近共晶转变温度（1148 C + T )有哪两相组成？相对百有哪两相组成？相对百分含量是多少？分含量是多少？2) 3%C合金刚刚完成共晶合金刚刚完成共晶转变（转变（ 1148 C - T ）时有）时有哪两相组成？相对百分含量哪两相组成？相对百分含量是多少？是多少？3) 1%C合金液体冷却到接合金液体冷却到接近共析转变温度（近共析转变温度（727 C + T )有哪两相组成？相对百有哪两相组成？相对百分含量是多少？分含量是多少？2) 1%C合金刚刚完成共析合金刚刚完成共析转变（转变（ 727 C - T ）时有）时有哪两相

2、组成？相对百分含量哪两相组成？相对百分含量是多少？是多少？参考左边的参考左边的Fe-Fe3C相图相图练练 习习processsolidificationformingHeat-treatment第四章第四章 材料相变的动力学特征材料相变的动力学特征及非平衡相变及非平衡相变FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+ Fe3CA+FL+AA+ L+ F ALL+ Fe3CF+ Fe3CA+ Fe3CA+ Fe3C+LeLeLe+ Fe3CLe+ Fe3CLeP+ Fe3C+LeP+ Fe3CP+FPF+ Fe3CC%温度温度Fe-CFe-C合金平衡冷却到室温合金平衡冷却到室温-组织与成分一一对应

3、组织与成分一一对应第一节第一节 材料相变的动力学特征材料相变的动力学特征转变需要原子迁移转变需要原子迁移-与时间有关与时间有关X = 1 exp( -Btn) 一、相变宏观过程描述一、相变宏观过程描述某一温度下某一温度下不同温度下不同温度下二、相变微观过程二、相变微观过程以结晶为例，以结晶为例，分为三种情况：分为三种情况：1 1）纯组元的结晶）纯组元的结晶2 2）两组元以上结晶为单相固溶体）两组元以上结晶为单相固溶体3 3）两组元以上结晶为多相组织）两组元以上结晶为多相组织1 1）纯组元的结晶）纯组元的结晶：原子重组过程主要依靠原原子重组过程主要依靠原子在液相中迁移。结晶过程由单纯的形核与子在

4、液相中迁移。结晶过程由单纯的形核与长大两个过程构成，长大两个过程构成，最终的微观组织体现为最终的微观组织体现为晶粒尺寸的大小；晶粒尺寸的大小；2 2）两组元以上结晶为单相固溶体）两组元以上结晶为单相固溶体：相变时原子既要相变时原子既要在液相中迁移，也要在固相中迁移。其中原子在液在液相中迁移，也要在固相中迁移。其中原子在液相中迁移比较容易，一旦结晶开始，原子就要在固相中迁移比较容易，一旦结晶开始，原子就要在固态中迁移，原子在固态中的迁移只能通过扩散来进态中迁移，原子在固态中的迁移只能通过扩散来进行，也更为困难。行，也更为困难。微观组织除表现为晶粒尺寸大小微观组织除表现为晶粒尺寸大小外，还会出现元

5、素分布的不均匀。外，还会出现元素分布的不均匀。3 3）两组元以上结晶为多相组织）两组元以上结晶为多相组织，情况更为复杂。根，情况更为复杂。根据合金的成分、两相的性质等，微观上两相的尺寸据合金的成分、两相的性质等，微观上两相的尺寸、形态和分布都会不同。、形态和分布都会不同。第二节第二节 单相固溶体合金结晶时的成分偏析单相固溶体合金结晶时的成分偏析合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才能得到成分均匀的固溶体。的固溶体。匀晶转变过程中，先结晶的固溶体含有较多的高熔匀晶转变过程中，先结晶的固溶体含有较多的高熔点组元点组元但实际冷速较快，结晶时固但实际冷速较快，结

6、晶时固相中的原子来不及扩散，使相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴含有较多先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素（如的高熔点元素（如Cu-Ni合金合金中的中的Ni）, 后结晶的枝晶间含后结晶的枝晶间含有较多的低熔点元素有较多的低熔点元素(如如Cu-Ni合金中的合金中的Cu)。 枝晶偏析枝晶偏析dendritic segregationl在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。象称作枝晶偏析。l不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。不仅与冷速有关，而且与液固相线的间距有关。l冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。冷速

7、越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。l枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。Cu-Ni合金的合金的平衡组织与枝晶偏析组织平衡组织与枝晶偏析组织经扩散退火后的平衡组织经扩散退火后的平衡组织枝晶偏析组织枝晶偏析组织将铸件加热到固相线以下将铸件加热到固相线以下 100-200 长时间保温，以长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火处理工艺称作扩散退火diffusion annealing。4.3 钢的非平衡转变（热处理）钢的非平衡转变（热处理）将奥氏体以较快速度

8、冷却时，可以得到介稳相将奥氏体以较快速度冷却时，可以得到介稳相或组织，从而可以得到不同的性能或组织，从而可以得到不同的性能为简明表示热为简明表示热处理基本工艺处理基本工艺过程，通常用过程，通常用温度温度时间坐时间坐标绘出标绘出热处理热处理工艺曲线工艺曲线。 时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却热处理热处理heat treatment: 是指将钢在固态下加是指将钢在固态下加热、保温和冷却热、保温和冷却, 以改变钢的组织结构以改变钢的组织结构, 获得获得所需要性能的一种工艺。所需要性能的一种工艺。l热处理是一种重要的加工工艺，热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。在制造业

9、被广泛应用。l在机床制造中约在机床制造中约6070%的零的零件要经过热处理。在汽车、拖件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件拉机制造业中需热处理的零件达达7080 %。工具、模具、滚。工具、模具、滚动轴承动轴承100%需经过热处理。需经过热处理。l总之，重要零件都需适当热处总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。理后才能使用。 滚动轴承滚动轴承2、热处理特点、热处理特点: 热处理区别于其他加工热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。变其形状。 铸造铸造轧制

10、轧制4、热处理分类、热处理分类 l热处理原理：描述热处理时钢中组热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。织转变的规律称热处理原理。l热处理工艺：根据热处理原理制定热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。理工艺。成分为成分为0.77%C（共析钢）奥氏体（高温相）（共析钢）奥氏体（高温相）以不同冷却速度冷却到共析转变温度以下不以不同冷却速度冷却到共析转变温度以下不同温度后，转变过程会不同同温度后，转变过程会不同过冷奥氏体过冷奥氏体4.3 4.3 钢的非平衡转变（热处理）钢的非平衡转变（热处理）过冷奥氏体：过冷奥氏体：高温固相

11、奥氏体以不同冷却速度冷高温固相奥氏体以不同冷却速度冷却到却到A1以下，此时的奥氏体处于以下，此时的奥氏体处于热力学不稳定状态，但是还没有发热力学不稳定状态，但是还没有发生转变，称为过冷奥氏体。生转变，称为过冷奥氏体。随转变温度降低（过冷度增加），原随转变温度降低（过冷度增加），原子在固体中扩散越来越困难，分别会子在固体中扩散越来越困难，分别会发生：发生：1 1）珠光体转变）珠光体转变2 2）贝氏体转变）贝氏体转变3) 3) 马氏体转变马氏体转变1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能l过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1(727 )到到 550间将转变为珠光体类间将转变为珠光体类型组织，它

12、是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。一、一、 珠光体转变珠光体转变 pearlite光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体索氏体和托氏体. 珠光体：珠光体：形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号倍光镜下可辨，用符号P表示表示. 索氏体索氏体形成温度为形成温度为650 600，片层较薄片层较薄.800-1000倍光镜下可倍光镜下可辨，用符号辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形

13、貌光镜形貌 托氏体（屈氏体）托氏体（屈氏体）形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，需电镜下才可辨，片层极薄，需电镜下才可辨，用符号用符号T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌l珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距片间距 bHRC l片间距越小，钢的强度、硬度片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。越高，而塑性和韧性略有改善。 2、珠光体转变过程、珠光体转变过程l珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程

14、。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核。的含碳量下降，促进了铁素体形核。 两者相间形核两者相间形核并长大，形成并长大，形成一个珠光体团一个珠光体团.l珠光体转变是珠光体转变是扩散型转变扩散型转变。 Fe3C奥氏体奥氏体5.8秒秒19.2秒秒22.0秒秒24.2秒秒66.7秒秒二、伪共析转变二、伪共析转变非共析成分得到全部非共析成分得到全部共析组织的现象称为共析组织的现象称为伪共析伪共析。对过共析钢处理可以用来消除网状渗碳体。对过共析钢处理可以用来消除网状渗碳体。对于亚共析钢则可以增

15、加珠光体含量。对于亚共析钢则可以增加珠光体含量。 (抑制先析出相的出现）抑制先析出相的出现）1、贝氏体的组织形态及性能贝氏体的组织形态及性能l过冷奥氏体在过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为贝间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用氏体类型组织，贝氏体用符号符号B表示。表示。l根据其组织形态不同，贝根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体氏体又分为上贝氏体(B上上)和下贝氏体和下贝氏体(B下下) 。上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体三、贝氏体三、贝氏体bainite转变转变 上贝氏体上贝氏体形成温度为形成温度为550-350。l在光镜下呈羽毛状。在光镜下呈羽毛状。在电镜下为不连续棒状在电镜

16、下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。的铁素体条之间。光镜下光镜下电镜下电镜下下贝氏体下贝氏体l形成温度为形成温度为350-230(Ms)l在光镜下呈竹叶状。在光镜下呈竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为细片状碳在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。l上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具

17、有良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一。良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一。 共析钢的强度硬度与等共析钢的强度硬度与等温相变温度的关系温相变温度的关系2、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程l贝氏体转变也是形核和长大的过程。贝氏体转变也是形核和长大的过程。l发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时,首先在奥氏体中的贫碳区形成首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之间，为过饱和铁素体。间，为过饱和铁素体。贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类型改变是

18、通过切变实现的。铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。 l当转变温度较高（当转变温度较高（550-350) 时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成短棒，奥氏体消失，形成B上上 。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程l当转变温度较低（当转变温度较低（350- 230) 时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶

19、内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。 下贝氏体转变下贝氏体转变下贝氏体转变下贝氏体转变当使奥氏体快速过冷到当使奥氏体快速过冷到 230 (Ms) 以下以下（淬火）时，（淬火）时，将发将发生马氏体类型转变。生马氏体类型转变。l马氏体转变是强化钢的重要马氏体转变是强化钢的重要途径之一。途径之一。1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构l碳在碳在 -Fe 中的过饱和固溶中的过饱和固溶体称马氏体体称马氏体, 用用M表示。表示。马氏体组织马

20、氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。四、马氏体四、马氏体martensite转变转变l马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bc）l轴比轴比c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。lC% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。l当当0.25%C时时, c/a=1, 此时马氏体为体心立方晶格。此时马氏体为体心立方晶格。2、马氏体的微观形态、马氏体的微观形态l马氏体的形态分板马氏体的形态分板条和针状两类。条和针状两类。 板条板条lath马氏体马氏体l立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒

21、状扁棒状l在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。光镜下光镜下电镜下电镜下l每束内条与条之间尺每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向粒内可形成几个取向不同的马氏体束。不同的马氏体束。l在电镜下，板条内的在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度亚结构主要是高密度的位错，的位错， =1012/cm2,又称位错马氏体。又称位错马氏体。SEMTEM 针状针状acicular马氏体马氏体l立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。l在电镜下，亚结构主要是孪晶

22、，又称孪晶马氏体。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。电镜下电镜下光镜下光镜下 马氏体的形态主要马氏体的形态主要取决于其含碳量取决于其含碳量lC%小于小于0.2%时，组时，组织几乎全部是板条马织几乎全部是板条马氏体。氏体。lC%大于大于1.0%时，几时，几乎全部是针状马氏体乎全部是针状马氏体.lC%在在0.21.0%之间之间为板条与针状的混合为板条与针状的混合组织。组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C板条马氏体量板条马氏体量C，%体积，体积，%l先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶

23、界和孪晶界。过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.奥氏体奥氏体+马氏体马氏体l原始奥氏体晶粒原始奥氏体晶粒细，转变后的马细，转变后的马氏体片也细。氏体片也细。l当最大马氏体片当最大马氏体片细到光镜下无法细到光镜下无法分辨时，该马氏分辨时，该马氏体称隐晶马氏体体称隐晶马氏体45钢正常淬火组织钢正常淬火组织3、马氏体的性能、马氏体的性能l高硬度是马氏体性能的高硬度是马氏体性能的主要特点。主要特点。l马氏体的硬度主要取决马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增于其含碳量。含碳量

24、增加，其硬度增加。加，其硬度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时时,其其硬度趋于平缓。硬度趋于平缓。l合金元素对马氏体硬度合金元素对马氏体硬度的影响不大。的影响不大。马氏体硬度与含碳量的关系马氏体硬度与含碳量的关系l马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。l马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。针状马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较好。马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较好。针状马氏体针状马氏体

25、板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点l马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：无扩散性无扩散性l铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。体的含碳量相同。 共格切变性共格切变性l由于无扩散，晶格转变是以切由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的。使切变部分的变机制进行的。使切变部分的形状和体积发生变化，引起相形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象。光的表面上产生浮凸

26、现象。 马氏体转变马氏体转变切变示意图切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸 降温形成降温形成l马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用上马氏体点，用Ms 表示。表示。l马氏体转变终了的温度称马氏体转变终了的温度称下马氏体点，用下马氏体点，用Mf 表示。表示。l只要温度达到只要温度达到Ms以下即发以下即发生马氏体转变。生马氏体转变。l在在Ms以下，随温度下降，以下，随温度下降，转变量增加，转变量增加，冷却中断，冷却中断，转变停止。转变停止。MfMsM(90%)M(50%)高速长大高速长大l马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。马氏体形成速度极快，瞬间形核

27、，瞬间长大。l当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。马氏体产生裂纹。 转变不完全转变不完全 l即使冷却到即使冷却到Mf 点，点，也不可能获得也不可能获得100%的马氏体，总有部的马氏体，总有部分奥氏体未能转变分奥氏体未能转变而残留下来，称而残留下来，称残余残余retained奥氏体奥氏体，用，用A 或或 表示。表示。lMs、Mf 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）。元素含量（包括碳含量）。l马氏体转变后，马氏体转变后，A 量随含碳量的增加而增加量随含碳量的增加而增加,

28、当含当含碳量达碳量达0.5%后，后，A量才显著。量才显著。含碳量对马氏体含碳量对马氏体转变温度的影响转变温度的影响含碳含碳 量对残余奥量对残余奥氏体氏体 量的影响量的影响过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理

29、处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火五、钢的五、钢的过冷转变动力学描述过冷转变动力学描述l过冷奥氏体的转变方式有等温冷却转变和连续冷却过冷奥氏体的转变方式有等温冷却转变和连续冷却转变两种。转变两种。 时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温l过冷奥氏体的等温转

30、过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急变图是表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以下在各不同温度下的下在各不同温度下的保温过程中转变量与保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。转变时间的关系曲线。又称又称C 曲线、曲线、S 曲线曲线或或TTT曲线曲线。 过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图(Time-Temperature-Transformation diagram)A11 1、C C曲线的建立曲线的建立l以共析钢为例：以共析钢为例：(1)(1)将一批小试样进行奥氏体化。将一批小试样进行奥氏体化。(2)(2)分组淬入低于分组淬入低于A A1 1 点的不同温度的点的不同温度的盐

31、浴中。盐浴中。(3)(3)每一温度组中，隔每一温度组中，隔t时间取一试时间取一试样淬入水中，测定该试样的相变样淬入水中，测定该试样的相变转变量，本组测定结束，即可得转变量，本组测定结束，即可得到该温度下转变量与转变时间的到该温度下转变量与转变时间的动力学曲线。动力学曲线。(4)(4)将各温度下转变动力学曲线上的将各温度下转变动力学曲线上的转变开始点及终了点标在温度转变开始点及终了点标在温度时间坐标中，并分别连线。时间坐标中，并分别连线。(5)(5)转变开始点的连线称转变开始线。转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。转变终了点的连线称转变终了线。lTTT图描述图描述lA1-

32、Ms 间及转变开间及转变开始线以左的区域为始线以左的区域为过冷奥氏体区。过冷奥氏体区。l转变终了线以右及转变终了线以右及Mf以下为转变产以下为转变产物区。物区。l两线之间及两线之间及Ms与与Mf之间为转变区。之间为转变区。时间时间温度温度A1MSMfA过冷过冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥氏体奥氏体5506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C 曲线的分析曲线的分析 转变开始线与纵坐标转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期之间的距离为孕育期incubation period。l孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥氏体越不稳定。氏体越不稳定。l孕育期最小处

33、称孕育期最小处称C 曲曲线的线的“鼻尖鼻尖”。碳钢碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550。l在鼻尖以上，温度较高，在鼻尖以上，温度较高，相变驱动力小，奥氏体相变驱动力小，奥氏体相对稳定。相对稳定。l在鼻尖以下，温度较低，在鼻尖以下，温度较低，扩散困难，使奥氏体稳扩散困难，使奥氏体稳定性增加。定性增加。 C曲线明确表示了过冷曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的奥氏体在不同温度下的等温转变产物。等温转变产物。3、影响、影响 C 曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响：含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲曲线最靠右。线最靠右。Ms 与与Mf 点随

34、含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。 l与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各曲线的上部各多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。 CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图时间温度 热热加加保温保温以共析钢为例以共析钢为例A1过冷奥氏体过冷奥氏体？PBM共共析析钢钢过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温过过程程中中的的转转变变过冷奥氏体连续转变过程中可能发生过冷奥氏体连续转变过程中可能发生的的转变类型与等温转变类似转变类型与等温转变类似，但是过，但是过程有所不同。程有所不同。过冷奥氏体连续冷却转变图又称过

35、冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT (Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲线，是通过测定不同冷速下曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。过冷奥氏体的转变量获得的。时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP2001001、共析钢的共析钢的CCT曲线曲线l共析钢的共析钢的CCT曲线没曲线没有贝氏体转变区有贝氏体转变区，在，在珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多了一条了一条转变中止线转变中止线。 当连续

36、冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光体转变中止，余下的体转变中止，余下的奥氏体一直保持到奥氏体一直保持到Ms以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。图中的图中的 Vk 为为CCT曲线的曲线的临界冷却速临界冷却速度度，即获得全部马，即获得全部马氏体组织时的最小氏体组织时的最小冷却速度冷却速度.Vk 为为TTT曲线的曲线的临界冷却速度临界冷却速度。Vk 1.5Vk.时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP2001002. 共析钢过冷奥

37、氏共析钢过冷奥氏体连续冷却过程分体连续冷却过程分析析2.1 完全退火完全退火2.2 正火正火2.3 油淬油淬2.4 水淬水淬 时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬2001003、过共析钢过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区, 但比共析钢但比共析钢CCT曲线多一条曲线多一条AFe3C转变开始线。由于转变开始线。由于Fe3C的的析出析出, 奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降, 因而因而Ms 线右端升高。线右端升高。4、亚共析钢、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体

38、转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多AF开开始线始线, F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高, 因而因而Ms 线右端下降。线右端下降。 过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线过冷奥氏体连续转变图的应用过冷奥氏体连续转变图的应用为获得不同组织提供工艺参考为获得不同组织提供工艺参考1 1）退火退火冷却速度最慢，期望冷却速度最慢，期望得到接近平衡态的组织；得到接近平衡态的组织；2 2）淬火淬火的目的就是要得到全的目的就是要得到全部马氏体组织部马氏体组织3 3）正火正火则得到细片状珠光体（有时又称为索氏体则得到细片状珠光体（有时又称为索氏体S S）。）。对于亚共析钢，含碳量低于对

39、于亚共析钢，含碳量低于0.6%0.6%时，正火可以增加珠光体含量，时，正火可以增加珠光体含量，提高强度。含碳量大于提高强度。含碳量大于0.6%0.6%时，正火处理可以得到时，正火处理可以得到100%100%珠光体。珠光体。对于过共析钢，一般要通过正火处理来消除网状渗碳体，为后续对于过共析钢，一般要通过正火处理来消除网状渗碳体，为后续处理做组织准备。处理做组织准备。对于亚共析钢，含碳量低于对于亚共析钢，含碳量低于0.6%0.6%时，正火可以增加珠时，正火可以增加珠光体含量，提高强度。含碳量大于光体含量，提高强度。含碳量大于0.6%0.6%时，正火处理时，正火处理可以得到可以得到100%100%珠

40、光体。对于过共析钢，一般要通过正珠光体。对于过共析钢，一般要通过正火处理来消除网状渗碳体，为后续处理做组织准备。火处理来消除网状渗碳体，为后续处理做组织准备。退火退火正火正火淬火淬火回火回火普通热处理普通热处理退火：加热后缓慢冷却以其得到接近平衡态的组织退火：加热后缓慢冷却以其得到接近平衡态的组织正火：又称为正常化，加热到奥氏体区后在空气下正火：又称为正常化，加热到奥氏体区后在空气下冷却冷却淬火：加热到奥氏体区后快速冷却以其得到马氏体淬火：加热到奥氏体区后快速冷却以其得到马氏体组织组织回火：淬火后再加热以调整性能回火：淬火后再加热以调整性能过冷奥氏体连续转变图的应用过冷奥氏体连续转变图的应用1

41、 1）退火退火冷却速度最慢，期望得到接近平衡态的组织；冷却速度最慢，期望得到接近平衡态的组织；转变在较高温度完成，形成珠光体微观组织转变在较高温度完成，形成珠光体微观组织2 2）正火正火则得到细片状珠光体（有时又称为索氏体则得到细片状珠光体（有时又称为索氏体S S）。）。l淬火淬火是将钢加热到是将钢加热到临界点以上，保温临界点以上，保温后以大于后以大于Vk速速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。 l淬火是应用最广的淬火是应用最广的热处理工艺之一。热处理工艺之一。时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等

42、温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100淬火加热温度淬火加热温度亚共析钢亚共析钢A3以上以上共析钢共析钢A3以上以上过共析钢过共析钢A1 Acm之间之间共析钢共析钢在淬火前要进行球化退火，预备组织为在淬火前要进行球化退火，预备组织为P球球过共析钢过共析钢在淬火前要先正火消除网状渗碳体，在淬火前要先正火消除网状渗碳体，再进行球化退火，预备组织为再进行球化退火，预备组织为P球球正火正火球化退火球化退火淬淬火火+低低温温回回火火回火是指将淬火钢加热到回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷以下的某温度保温后冷却的工艺。却的工艺。一、回火的目的一、回火的目的1、减少或消除

43、淬火内应力、减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。防止变形或开裂。2、稳定尺寸。淬火、稳定尺寸。淬火M和和 A都是非平衡组织，有自发向都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使平衡组织转变的倾向。回火可使 M与与 A 转变为平衡转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。或接近平衡的组织，防止使用时变形。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹 回火时组织转变回火时组织转变1、马氏体的分解、马氏体的分解l 100回火时，钢回火时，钢的组织无变化。的组织无变化。l100-200加热时，加热时，马氏体将发生分解马氏体将发生分解,从马氏体中析出从马氏体中析出 -碳化物碳化物( - FeXC)

44、，使马氏体过饱和度降低。析出的，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用回火马氏体，用M回回表示表示。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体回火马氏体l在光镜下在光镜下M回回为黑色，为黑色，A为白色为白色。l 0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。的偏聚。2、残余奥氏体分解残余奥氏体分解l200-300时时, 由于由于马氏体分解，奥氏马氏体分解，奥氏体所受的压力下降体所受的压力下降, Ms 上升，上升，A 分解分解为为 - 碳化

45、物碳化物和过饱和过饱和铁素体，即和铁素体，即M回回。低于低于300300 C C回火，得到回火马氏体组织回火，得到回火马氏体组织 应力大量消除，应力大量消除，M回回 转变为在保持马氏体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上形态的铁素体基体上分布着细粒状分布着细粒状Fe3C组组织，称织，称回火托氏体，回火托氏体，用用T回回表示表示.3、 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3Cl发生于发生于300-400，此时，此时， -碳化物溶解于碳化物溶解于F中，并中，并从铁素体中析出从铁素体中析出Fe3C。l到到350，马氏体含碳量降到铁素体平衡成分，马氏体含碳量降到铁素体平衡成分，内，内回火托氏体回火托氏体30

46、0-400回火，得到回火托氏体回火，得到回火托氏体4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化l400以上，以上，Fe3C开始聚集长大。开始聚集长大。450以上铁素体发以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形。这种在多边形铁生多边形化，由针片状变为多边形。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称的组织称回火索氏体，回火索氏体，用用S回回表示。表示。 光镜下光镜下回火索氏体回火索氏体电镜下电镜下400以上回火，得到回火索氏体以上回火，得到回火索氏体不同含碳量的淬火钢硬度不同含碳量的淬火钢硬度随回火温度的变化随回火温度的变化4040钢力学性能与回

47、火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系 回火时的性能变化回火时的性能变化l回火时力学性能变化总的趋势是回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。l200以下，由于马氏体中以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出碳化物的弥散析出，钢，钢的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。l200-300，由于，由于高碳钢高碳钢中中A转变转变为为M回回, 硬度再次硬度再次升高。升高。二次硬化二次硬化l大于大于300,由于由于Fe3C粗化，马氏粗化，马氏体转变为铁素体体转变为铁素体,硬度直线

48、下降。硬度直线下降。回火种类回火种类l根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 中碳钢淬火中碳钢淬火+高温回火的热处理称作调质处理，简称调质。高温回火的热处理称作调质处理，简称调质。热处理工艺与转变动力学曲线以及转变产物的对应关系热处理工艺与转变动力学曲线以及转变产物的对应关系第四节第四节 过饱和固溶与析出过饱和固溶与析出以铝以铝-4%铜合金为例铜合金为例Step 1, 加热到单相区加热到单相区保温后快速冷却到室保温后快速冷却到室温，得到过饱和固溶温，得到过饱和固溶体体 ；Step 2, 稍微加热上述稍微加热上述过饱和固溶体，材料过饱和固溶体，材料强度会

49、大大提高，称强度会大大提高，称为时效强化。为时效强化。第四节第四节 过饱和固溶与析出过饱和固溶与析出以铝以铝-4%铜合金为例铜合金为例平衡相析出前的介稳平衡相析出前的介稳共格相提高强度最大共格相提高强度最大原子偏聚原子偏聚 析出析出 析出析出 相析出相析出4.5 金属玻璃（非晶合金）转变金属玻璃（非晶合金）转变二元系非晶合金二元系非晶合金液体液体原子排列示意图原子排列示意图 单单元系非晶合金元系非晶合金液体液体原子排列示意图原子排列示意图 通过将液态的合金快速冷却通过将液态的合金快速冷却,以抑制原子重组以抑制原子重组, 则可以将液态原子的均匀混合状态保留下来则可以将液态原子的均匀混合状态保留下

50、来,得到原子无序排列的非晶态固体得到原子无序排列的非晶态固体4.5.14.5.1非晶合金的制备非晶合金的制备单辊急冷法示意图单辊急冷法示意图液体金属冷却过程中形成液体金属冷却过程中形成晶体和非晶体示意图晶体和非晶体示意图非晶合金的性能特点非晶合金的性能特点1）各相同性；）各相同性；2）高强度；）高强度；3）高耐蚀性；）高耐蚀性；4）高软磁性能）高软磁性能4.6 4.6 金属焊缝的组织与力学性能特点金属焊缝的组织与力学性能特点学习重点：学习重点：根据共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线（绿色）和连续转变曲线根据共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线（绿色）和连续转变曲线（黄色）以及实际冷却曲线（白色），判断图