1、2021/3/21金属固态相变的基本规律金属固态相变的基本规律主讲：主讲：许云波许云波研究生课程：金属成型过程的组织性能控制研究生课程：金属成型过程的组织性能控制2021/3/22金属固态相变的分类金属固态相变的分类l相变按平衡状态分类相变按平衡状态分类：平衡转变；非平衡转变；l按原子迁移特征分类按原子迁移特征分类：扩散型；无扩散型；l按热力学分类按热力学分类：一级相变；二级相变 2021/3/23平衡转变l纯金属的同素异构转变l多形性转变l共析转变l包析转变l平衡脱溶l调幅分解l有序化转变2021/3/24非平衡转变l 伪共析转变l 马氏体相变l 贝氏体相变l 不平衡脱溶沉淀l 块状转变20
2、21/3/25扩散型相变l界面控制扩散型相变l体扩散控制扩散型相变无扩散型相变l马氏体相变2021/3/26按热力学分类2021/3/27相变驱动力2021/3/28相变阻力界面能2021/3/29相变阻力界面能2021/3/210相变阻力界面能2021/3/211均匀形核2021/3/212几点结论2021/3/213非均匀形核l晶界形核：A 界面形核；B 晶棱形核；C界隅形核l位错形核2021/3/214新相的长大规律l 成分不变的协同型转变；成分不变的非协同型转变长大2021/3/215成分改变的非协同型转变长大2021/3/216成分改变的非协同型转变长大2021/3/217应用举例钢
3、中奥氏体晶粒长大2021/3/218相变动力学l形核率lJohnson-Mehl方程lAvrami方程l动力学曲线和等温转变图2021/3/2192021/3/2202021/3/2212021/3/2222021/3/2232021/3/2242021/3/2252 钢中奥氏体l奥氏体组织、晶胞、晶格参数2021/3/226奥氏体形成机理l驱动力，加热和冷却时的临界点2021/3/227奥氏体晶核形核地点2021/3/228奥氏体晶核的长大l奥氏体晶核在珠光体中的长大2021/3/229奥氏体等温形成动力学l共析碳素钢奥氏体等温形成动力学2021/3/230亚共析钢的等温TTA曲线2021/
4、3/231连续加热的TTA2021/3/232奥氏体形核率和长大速度2021/3/233影响奥氏体形成速度的因素l加热温度的影响l钢中碳含量和原始组织的影响l合金元素的影响2021/3/234连续加热时奥氏体的形成特征2021/3/235奥氏体晶粒长大机理2021/3/236硬相微粒对奥氏体晶界的钉轧2021/3/237影响奥氏体晶粒长大的因素l加热温度和保温时间的影响l化学成分的影响2021/3/238针状奥氏体的形成2021/3/239球形奥氏体的形成2021/3/240影响非平衡组织加热转变因素2021/3/241粗大奥氏体晶粒的遗传性和防止2021/3/2423 珠光体共析分解l组织形
5、态2021/3/243各类珠光体的电镜照片2021/3/244珠光体分解机理2021/3/245珠光体晶核形成长大2021/3/246珠光体端向长大2021/3/247钢中粒状珠光体形成l特定条件过冷奥氏体的分解l片状珠光体的低温退火l高温回火2021/3/248共析碳素钢的TTT图2021/3/249退火用TTT图2021/3/250连续冷却转变动力学2021/3/251影响共析分解的内在机制l奥氏体固溶量的影响l奥氏体状态的影响l合金元素的影响 1.对珠光体长大速度的影响；2.对珠光体分解时碳化物长大的影响；l系统整合的作用2021/3/252合金元素的影响2021/3/253马氏体相变l
6、马氏体相变的基本特征：切变共格和表面浮凸现象；无扩散性；位向关系和惯习面；亚结构2021/3/254马氏体相变的判据和定义l 不变平面应变的晶格改组；l 无需扩散；l 相变伴生极高密度的晶体缺陷：孪晶、位错、位错、层错等亚结构定义：原子经无需扩散切变位移的不变平面应变的晶格改组过程，得到具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错、层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组织。2021/3/255马氏体相变的分类l按相变驱动力分类；l按马氏体相变动力学特征分类；l变温马氏体相变l等温马氏体相变l热弹性马氏体相变2021/3/256马氏体相变热力学2021/3/257钢的马氏体点Ms2021/3
7、/258马氏体的组织形态及物理本质l马氏体的物理本质l低碳体心立方马氏体（小于0.2%C）组织形态2021/3/259图5.8是试验钢在900变形60淬火得到的两种马氏体的形貌。从图中可以看出，试验钢在淬火条件下的马氏体有板条马氏体和回火马氏体。其中的回火马氏体是由于实验钢的碳含量低，Ms点比较高，因而在淬火过程中会有自回火现象的发生，析出碳化物。碳化物非常细小，呈片状，主要沿马氏体111M面上析出，尺寸在几十个纳米左右。由于碳化物的惯习面是111M，因此在同一个视域内能看到两个或者三个方向的碳化物。AB 图5.8 试验钢在淬火条件下的马氏体组织 A）板条马氏体 B）回火马氏体B2021/3/
8、260马氏体的组织形态l 体心正方马氏体（大于0.2%-1.9%C）2021/3/261马氏体的组织形态l 组织形态由板条状过渡到片状、凸透镜状2021/3/262Fe-M系合金马氏体lFe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体2021/3/263Fe-M合金马氏体lFe-Cr-Ni，Fe-Mn合金马氏体2021/3/264贝氏体转变l贝氏体相变理论研究进展和学术论争l贝氏体相变的基本特征的共识l贝氏体的定义：钢中过冷奥氏体的中温转变产物，它以贝氏体铁素体为基体，同时可能存在-渗碳体或-碳化物、残留奥氏体等相构成的整合组织。贝氏体铁素体的形貌多呈条片状，内部有规则排列的亚单元和高密度位错。l切变-扩
9、散整合机制2021/3/265上贝氏体形貌无碳贝氏体2021/3/266上贝氏体形貌粒状贝氏体2021/3/267上贝氏体形貌经典上贝氏体2021/3/268下贝氏体形貌经典下贝氏体2021/3/269工业用钢中的贝氏体组织2021/3/270贝氏体组织中的精细亚结构2021/3/271粒状组织和魏氏组织2021/3/272贝氏体相变动力学2021/3/273 贝氏体转变TTT图与珠光体的比较2021/3/274贝氏体相变的过渡性l中温转变是过冷奥氏体转变中间过渡环节l上贝氏体转变和珠光体分解的联系与区别2021/3/275下贝氏体与马氏体的联系与区别2021/3/276不同冷速下光学显微组织
10、变形40%，冷却速度：A)0.1/s B)0.2/s C)0.5/s D)1/s E)5/sF)10/s G)20/sABCDEF G2021/3/277不同冷速下光学显微组织无变形，冷却速度：H)0.1/s I)0.2/s J)0.5/s K)1/s L)5/s M)10/s N)20/s IJKMN LH2021/3/278马氏体的回火转变l回火的原因：I,II,IIIl回火的概念：l回火转变：马氏体分解；残留奥氏体的转变；碳化物的析出、转化、聚集长大；相的回复、再结晶；内应力消除等l马氏体的回火产物及其概念2021/3/279碳原子的偏聚l弘津气团：l柯垂尔气团：位错线上碳原子偏聚。20
11、21/3/280-Fe3C的过渡相2021/3/281合金马氏体的回火lFe-M-C马氏体脱溶时的平衡相2021/3/282Fe-M-C马氏体脱溶贯序l平衡相为-Fe3C的Fe-M-C马氏体脱溶；l平衡相为复杂合金碳化物的脱溶；（1）常见的以W、Mo为主要合金元素的马氏体以M6C和M6C M23C6为平衡相（2）以M7C3、M23C6为平衡相的Fe-Cr-Cl平衡相为MC的Fe-M-C马氏体脱溶lFe-M-C马氏体脱溶的时间贯序2021/3/283相的物理状态变化l亚结构的变化：（1）回复、再结晶；（2）内应力的消除 A 第一类内应力：存在于钢件整体范围内，各个部位之间的内应力；B 第二类内应力：在晶粒和亚晶范围内处于平衡的内应力；C 第三类内应力：C存在于一个原子集团范围内处于平衡的内应力。2021/3/284合金钢的二次硬化l二次硬化的现象2021/3/285研究生课程：金属成型过程的组织性能控制研究生课程：金属成型过程的组织性能控制 谢谢 谢谢 大大 家家 ！
