金属热处理原理第1章奥氏体的形成电子教案.ppt

主讲教师:李维娟
金属热处理原理
metals heat treatment principle
课程名称：热处理及设备
课程性质：金属材料专业主要专业课，
7学分
计划学时：原]
图1-7 奥氏体形成过程中各相界面上的碳浓度（a）及扩散方向（b）示意图
奥氏体晶核的长大速度G，即奥氏体-铁素体及奥氏体-渗碳体的界面移动速度，可用下式表示：
D —碳在奥氏体中的扩散系数；
dC/dx —碳在奥氏体中的浓度梯度，dC= Cγ-k-Cγ-a ，dx 为生成的奥氏体小晶粒的厚度；
ΔCγ↔ α、ΔCγ↔ K —奥氏体-铁素体及奥氏体-渗碳体界面上的碳浓度差。
此式说明，奥氏体界面的移动速度与碳在奥氏体中的扩散系数以及浓度梯度成正比，而与界面上的碳浓度差成反比。
奥氏体形成的四个基本过程：
1 奥氏体的形核
2奥氏体晶核长大
3 残留碳化物的溶解
4 奥氏体成分的均匀化
见动画
共析碳钢奥氏体的等温形成过程
图1-8 珠光体向奥氏体等温转变过程示意图
3 亚（过）共析碳钢奥氏体的等温形成过程
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
奥氏体形成动力学
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;
k—波尔兹曼常数; W—临界形核功。
忽略应变能，W = A • σ3 / ΔGV2
A—常数；
σ –奥氏体与旧相的界面能；
ΔGv—单位体积的自由能差；
T↑ → I ↑；
T↑ → Q↓ → I ↑；
T↑ → ΔGv ↑ → W ↓ → I ↑；
(2) 长大速度G

T↑ → G ↑
T↑ → D ↑；
T↑ →形核部位多，原子扩散距离短（dx） → G ↑ ；
T↑ → Cγ-k-Cγ-a （ dC ）↑； → G ↑ ；
T↑ → ΔCγ↔ α、ΔCγ↔ K ↓ → G ↑ ；
T↑ → 残留碳化物溶解↑，奥氏体成分均匀化↑ → G ↑。
奥氏体等温形成动力学 [2]
共析碳钢奥氏体等温形成图特点：
（1）有孕育期，形成温度越高，孕育期越短。
（2）形成速度整个过程是不同的，由慢-快-慢，50%转变量时速度最大。
（3）温度越高，形成的全部时间越短，形成速度越快。
（4）奥氏体刚刚形成后，还需一段时间使残留碳化物溶解和奥氏体成分均匀化。
图1-11 奥氏体等温形成动力学曲线（示意图）
(3) 奥氏体等温形成动力学曲线 [1]
图1-12 珠光体向奥氏体转变动力学曲线
1-奥氏体开始形成；2-奥氏体形成结束；
3-残余碳化物溶解；4-奥氏体均匀化
(3) 奥氏体等温形成动力学曲线 [2]
(4) 影响奥氏体形成速度的因素 [1]
加热温度
含碳量
C ↑ → 形成速度 ↑。
C ↑ → 碳化物数量↑ →F与Fe3C相界面↑ →形核位置↑ →N ↑；
C的扩散距离缩短；
C和Fe原子的扩散系数↑；
过共析钢， C ↑ → 碳化物数量↑ →使碳化物溶解和成分均匀化时间↑ →形成速度↓。
图1-13 不同含碳量钢由珠光体转变为50%奥氏体所需的时间
(4) 影响奥氏体形成速度的因素 [2]
原始组织
原始组织越细→形成速度↑。
碳化物分散度↑ → F与Fe3C相界面↑ →形核位置↑ →N ↑；
C的扩散距离缩短→形成速度↑
屈氏体形成速度> 索氏体> 珠光体；
片状珠光体>粒状珠光体
(4) 影响奥氏体形成速度的因素 [2]
合金元素
A ，对奥氏体的形核和长大、碳化物溶解的影响
强碳化物形成元素如Cr、Mo、W等降低C在奥氏体中的扩散系数；Co、Ni提高C在奥氏体中的扩散系数；Si、Al对扩散系数影响不大。
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；
合金元素通过对原始组织的影响，改变形成速度。
Ni、Mn细化珠