金屬材料熱處理-文庫吧

【正文】 相變，從而合金組織發生變化，最終導致材料性能產生變化。 固態相變 是指固態物質在溫度、壓力、電場、磁場改變時，從一種組織結構會轉變成另一種組織結構。 材料科學研究中的固態相變主要是指溫度改變而產生的相變。 固態相變主要包括三種基本變化 ： 1）晶體結構的變化； 2）化學成分的變化； 3）有序程度的變化。一種相變可同時包括一種、兩種或三種變化。 材料科學遇到的相變習慣上分為 擴散型相變和無擴散型相變 兩大類。 擴散型相變的特點 是通過激活原子運動而產生，要 求溫度高，原子活動能力強。純金屬的同素異構轉變、 固溶體的多形性轉變、以及脫溶轉變等均屬于此類。 無擴散型相變的特點 是相變中原子不發生擴散、原 子作有規則的近程遷移，以使點陣改組；相變中相鄰原 子的相互位置不變。在低溫下原子不能擴散時易發生這 類轉變，如一些合金中的馬氏體相變，某些低溫進行的 同素異構轉變（ β Co（ hcp）與 α Co（ fcc） 。 ? 固態相變的熱力學條件 ： 固態相變的熱力學所涉及的問題主要是反應能不能 進行，即新相能否形成，最根本的就是反應過程△ G＜ 0 是否成立。 與液態凝固時相比較，固態相變形核增加了一項應變能，即 △ G ＝ － V△ GV ＋ Sσ＋ V△ Ge 式中： V為新相體積； S為新、舊相的界面積；△ GV 和△ Ge分別表示形成單位體積新相時自由能和應變能； σ表示新、舊相界單位面積的界面能。 ? 固態相變的動力力學條件 ： 固態相變的動力學主要討論 相變進行的速率問題 ， 固態相變的速率是形核率和長大速率的函數，即與相變 溫度有關的函數。 動力學除了討論固態相變過程中的形核和晶粒長大 的速率問題，還包括外界條件（溫度、壓力和磁場）和 組分對相變過程的影響及控制相變產物的組成等內容。 ? 固態相變的晶體學 ： 固態相變的晶體學主要描述晶體中原有相與新相之間的晶體學關系，如晶體結構、點陣常數等，分析新相形成的原子遷移過程。 鋼鐵材料熱處理是通過加熱 、 保溫和冷卻方式借以改變合金的組織與性能的一種工藝方法 ， 其基本內容包括熱處理原理及熱處理工藝兩大方面 。 第三節 鋼的熱處理 鋼鐵材料的強韌化重要有兩個途徑：一是對鋼鐵材料實施熱處理；二是通過調整鋼的化學成分，加入合金元素（亦即鋼的合金化原理），以改善鋼的性能。 ? 鋼的熱處理原理 ?鋼的熱處理相變溫度 鋼在加熱時 ， 實際轉變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度 ， 冷卻時也是如此 。 隨著加熱和冷卻速度的增加 ， 滯后 現象將越加嚴重 。 通常把加熱時的臨界溫度標以字母“ C”， 如 AC AC ACm等；把冷卻時的臨界溫度標以字母“ r”， 如 Ar Ar Arm等 。 ? 加熱時鋼的組織轉變 奧氏體的形成過程 鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為 奧氏體化 。 以共析鋼的奧氏體形成過程為例 。 3） 殘留滲碳體的溶解： 鐵素體全部消失以后 ， 仍有部 分剩余滲碳體未溶解 ， 隨著時間的延長 ， 這些剩余滲碳 體不斷地溶入到奧氏體中去 ， 直至全部消失 。 1）奧氏體形核： 奧氏體的晶核優先在鐵素體與滲碳體 的界面上形成 。 2）奧氏體晶核長大： 奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、 碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉變和滲碳體不 斷溶入到奧氏體中去而進行的。 4） 奧氏體均勻化： 滲碳體全部溶解完畢時 ， 奧氏體的 成分是不均勻的 ， 只有延長保溫時間 ， 通過碳原子的擴 散才能獲得均勻化的奧氏體 。 AAFPF ACAC ?? ????? ??? 31亞共析鋼的加熱過程： ACFeACFeP cmACⅡACⅡ ?? ????? ??? 33 1過共析鋼的加熱過程： 奧氏體晶粒大小及其控制 1） 晶粒大小的表示方法 晶粒大小廣泛采用的是與標準金相圖片（標準評級 圖）相比較的方法來評定晶粒大小的級別。通常將晶粒 大小分為 8級， 1級最粗， 8級最細。通常 1～ 4級為粗晶粒 度， 5～ 8級為細晶粒度。 2） 奧氏體晶粒大小的控制 加熱溫度與保溫時間 加熱溫度越高 ， 保溫時間越長 ， 奧氏體晶粒越粗大 ， 因為這與原子擴散密切相關 。 合金元素 Ti、 Zr、 V、 Nb、 Al等 ， 當其形成彌散穩 定的碳化物和氮化物時，由于分布在晶界上，因而阻礙 晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到細晶粒 鋼。 Mn和 P是促進奧氏體晶粒長大的元素。 加熱速度 加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實際形成溫度 越高，可獲得細小的起始晶粒。 鋼的化學成分 碳全部溶于奧氏體時，隨奧氏體中含碳量的增加， 晶粒長大傾向增大。 ? 冷卻時鋼的組織轉變 鋼的冷卻方式 熱處理時常用的冷卻方 式有兩種：一是等溫冷卻 （常用于理論研究）；二是 連續冷卻（常用于生產）。 A1 過冷奧氏體等溫冷卻曲線的繪制 通常將處于 A1以下溫度尚未發生轉變的奧氏體稱為 過冷 奧氏體 。鋼在冷卻時的組織轉變實質上是過冷奧氏體的組織 轉變。 1）等溫冷卻試驗： （ a） 首先將若干薄圓片狀試樣放入錫熔爐中，在高于共析溫度的條件下進行奧氏體化； （ b） 將上述奧氏體化后的試樣迅速放入另一錫熔爐保溫，爐溫低于共析溫度；（ c） 依據試樣保溫時間的差異，分別從爐中取出試樣，置于水中快冷； （ d） 磨制金相試 樣，并觀察顯微 組織。 在不同溫度重復上述等溫轉變試驗，可根據試驗結 果繪制出 奧氏體鋼的等溫冷卻曲線 。 曲線的左邊一條線為 過冷奧氏體轉變開始線 ；右邊一條線為 過冷奧氏體轉變終了線 。 該曲線下部還有兩條水平線 ， 分別表示奧氏體向馬氏體轉變的 開始溫度 Ms線和 轉變結束溫度 Mf線 。 2）過冷奧氏體等溫冷卻曲線曲線分析 在 C曲線中 ， 在不同過冷奧氏體開始出現組織轉變的時間不同 ， 這段時間稱為 “ 孕育期 ” 。 其中 ， 以 C曲線最突出處 （ 凸點 ） 所對應的溫度孕育期最短 。 過冷奧氏體等溫冷卻曲線形似 “ C”字 ， 故俗稱 C曲線 ，反應了 “ 溫度－時間－轉變量 ” 的關系 ， 所以 C曲線又稱為 TTT 圖 （ TemperatureTime － Transformation Diagram） 。 板狀馬氏體 ① 馬氏體變溫形成，與 t保 無關； ②馬氏體轉變不完全性，鋼 中常存在殘余 A（性能下降） , 常要求淬火 T接近 Mf “冷處理” . ③ 馬氏體性能與含碳量有關 非擴散型（ Fe和 C均不擴散） C在 αFe中的過飽和固溶體（ bcc） 240～ 50 M 片（針）狀馬氏體 馬氏體 板狀：低碳鋼中， F和 的復相組織。 片狀：高碳鋼中，復相組織。 F飽和 + 350～ 240 B下 下貝氏體 羽毛狀：在平行密排的過飽和 F板條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C ,脆性大，工業上不應用 半擴散型（只有 C擴散） F飽和 + Fe3C 550～ 350 B上