CH6.6-奥氏体稳定化、本章总结(10级)PPT学习课件.ppt

马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰126.6 奥氏体稳定化奥氏体稳定化 奥氏体稳定化奥氏体稳定化奥氏体稳定化奥氏体稳定化是指奥氏体在外界因素作用下，促使内是指奥氏体在外界因素作用下，促使内部结构发生了某种变化而使部结构发生了某种变化而使MM的转变呈现迟滞的现象。的转变呈现迟滞的现象。奥氏体稳定化分为奥氏体稳定化分为奥氏体稳定化分为奥氏体稳定化分为：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳定化定化定化定化马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰22 6.6.1 6.6.1 奥氏体热稳定化奥氏体热稳定化奥氏体热稳定化奥氏体热稳定化 一一一一.奥氏体热稳定化现象奥氏体热稳定化现象奥氏体热稳定化现象奥氏体热稳定化现象 淬淬火火时时，冷冷却却中中断断会会引引起起奥奥氏氏体体稳稳定定化化，冷冷却却中中断断后后继继续续冷冷却却，转转变变并并不不立立即即恢恢复复，而而要要滞滞后后一一段段温温度度,转转变变才才继继续续进进行行。冷冷却却到到室室温温时时，未未转转变变的的残残余奥氏体量也增多。余奥氏体量也增多。奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体热热热热稳稳稳稳定定定定化化化化程程程程度度度度可可可可用用用用滞滞滞滞后后后后温温温温度度度度以以以以及及及及室室室室温温温温时时时时的的的的残残残残余余余余奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体增增增增量量量量来来来来表表表表示示示示。冷冷却却缓缓慢慢相相当当于于在在一一连连串串温温度度下下的的短短时时间间停停留留，故故也也会会造造成成稳稳定定化化。实实例例：油油淬得到的残余奥氏体比水淬多。淬得到的残余奥氏体比水淬多。引起热稳定化的必要条件引起热稳定化的必要条件引起热稳定化的必要条件引起热稳定化的必要条件是：碳和氮是：碳和氮的存在。热稳定化有一温度上限，通常的存在。热稳定化有一温度上限，通常以以M MC C表示，只有在表示，只有在M MC C点以下，等温停留或点以下，等温停留或缓冷才会造成热稳定化。缓冷才会造成热稳定化。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰32 2.2.2.2.影响热稳定化的因素影响热稳定化的因素影响热稳定化的因素影响热稳定化的因素 影影响响热热稳稳定定化化的的因因素素是是等等温温温温度度和和等等温温时时间间，同同时时也也受受已已生生成成的的马氏体量的影响。马氏体量的影响。1.1.长长时时间间等等温温时时，等等温温温温度度越越高高，稳稳定定化化越越快快，稳稳定定化化程程度度越越低低；短短时时间间等等温温时时，等等温温温温度度越越高高，稳稳定定化化越越慢慢，稳稳定定化化程程度度越越大大。但但热热稳稳定定化化有有一一温温度度上上限限，用用M MC C表表示示。只只有有在在M MC C以以下下停停留留才才会会产产生热稳定化。生热稳定化。2.2.等温温度一定时，等温时间越长，稳定化程度先增后减等温温度一定时，等温时间越长，稳定化程度先增后减.3.3.已转变的马氏体量越多，奥氏体的稳定化程度也越高。已转变的马氏体量越多，奥氏体的稳定化程度也越高。4.4.冷却速度愈大，奥氏体的稳定化冷却速度愈大，奥氏体的稳定化程度也越小。程度也越小。5.5.奥氏体的含碳奥氏体的含碳(氮氮)量越高，奥氏量越高，奥氏体的稳定化程度也越高。碳、氮在缺陷体的稳定化程度也越高。碳、氮在缺陷处偏聚。处偏聚。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰42 6.6.2 6.6.2 6.6.2 6.6.2 奥氏体机械稳定化奥氏体机械稳定化奥氏体机械稳定化奥氏体机械稳定化 在在M Md d以以上上，对对奥奥氏氏体体进进行行塑塑性性变变形形，当当形形变变量量足足够够大大时时，可可引引起起奥奥氏氏体体稳稳定定化化使使随随后后的的马马氏氏体体相相变变困困难难，这这种种稳稳定定化化现现象象称称为为机机机机械械械械稳稳稳稳定定定定化化化化。即即马马氏氏体体相相变变困困难难，M MS S点点降降低低，残残余余奥奥氏氏体增多。体增多。在在M Md d以下，对奥氏体进行塑性变形，可以诱发马氏体相变，以下，对奥氏体进行塑性变形，可以诱发马氏体相变，但也会使未转变的奥氏体发生但也会使未转变的奥氏体发生相硬化相硬化，从而使残余奥氏体机械，从而使残余奥氏体机械稳定化。稳定化。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰52本节小结本节小结 1 1、奥氏体稳定化的定义。、奥氏体稳定化的定义。2 2、奥氏体稳定化的类型、形成条件及影响因素：奥、奥氏体稳定化的类型、形成条件及影响因素：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳定化。氏体热稳定化和奥氏体机械稳定化。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰62 6 6.7.1.7.1.7.1.7.1 钢的强韧化热处理钢的强韧化热处理钢的强韧化热处理钢的强韧化热处理 一一.Q-P.Q-P处理工艺处理工艺 淬火后迅速在一定温度下保持（简称为淬火后迅速在一定温度下保持（简称为淬火分配淬火分配，即，即Q-P处理）。处理）。6.7 马氏体转变的应用马氏体转变的应用马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰72 二二二二.材料的韧化材料的韧化材料的韧化材料的韧化 利用马氏体相变可以使材料韧化。利用马氏体相变可以使材料韧化。例如相变诱发塑性钢例如相变诱发塑性钢(TRIP钢钢)，其典型成分为：，其典型成分为：Fe-9Cr-8Ni-4Mo-2Mn-2Si-0.3C(wt%)，这类钢综合，这类钢综合利用马氏体相变产生的塑性，以及形变热处理提供的强化，比一般超利用马氏体相变产生的塑性，以及形变热处理提供的强化，比一般超高强度钢具有更为优越的强韧性。高强度钢具有更为优越的强韧性。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰821.1.低碳钢中的马氏体低碳钢中的马氏体低碳钢中的马氏体低碳钢中的马氏体 含碳量低于含碳量低于0.2%的低碳钢和低合金碳钢（如的低碳钢和低合金碳钢（如15、15MnVB、15SiMn3Mo等钢）的马氏体基本全是等钢）的马氏体基本全是板条马氏体板条马氏体。（一）工业用钢中马氏体形态及应用（一）工业用钢中马氏体形态及应用（一）工业用钢中马氏体形态及应用（一）工业用钢中马氏体形态及应用2.2.中碳结构钢中的马氏体中碳结构钢中的马氏体中碳结构钢中的马氏体中碳结构钢中的马氏体 含碳量高于含碳量高于0.2%、低于、低于0.6%的中碳钢（如的中碳钢（如45、40Cr等钢）等钢）的马氏体为的马氏体为板条马氏体和片状马氏体的混合组织，残余奥氏体少板条马氏体和片状马氏体的混合组织，残余奥氏体少。但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组织细微，在常用的放大但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组织细微，在常用的放大倍数下，不易清晰地辨认出来。倍数下，不易清晰地辨认出来。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰923.3.高碳工具钢中的马氏体高碳工具钢中的马氏体高碳工具钢中的马氏体高碳工具钢中的马氏体 含碳量高于含碳量高于0.8%的高碳钢（如的高碳钢（如T8、T12等钢）的马氏体全等钢）的马氏体全部为部为片状马氏体，残余奥氏体多片状马氏体，残余奥氏体多。但在正常淬火工艺条件下得。但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组织为到的马氏体组织为片状马氏体和一定量的板条马氏体片状马氏体和一定量的板条马氏体，在常用，在常用的放大倍数下，片状特征不明显，因为淬火后组织为未溶的碳的放大倍数下，片状特征不明显，因为淬火后组织为未溶的碳化物质点加化物质点加隐晶马氏体隐晶马氏体（或（或隐针马氏体隐针马氏体，因为马氏体组织极细，因为马氏体组织极细，在一般显微镜下，其针状晶体很不明显，故而得名）。如果提在一般显微镜下，其针状晶体很不明显，故而得名）。如果提高温度，容易得到粗大的针状马氏体，因为高碳马氏体针的最高温度，容易得到粗大的针状马氏体，因为高碳马氏体针的最大尺寸受实际奥氏体晶粒大小所限制。大尺寸受实际奥氏体晶粒大小所限制。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰102 先形成的马氏体片横贯整个先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，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所以越是后形成的马氏体片越细小。细小。原始奥氏体晶粒细，转变后原始奥氏体晶粒细，转变后的马氏体片也细。当最大马氏的马氏体片也细。当最大马氏体片细到光镜下无法分辨时，体片细到光镜下无法分辨时，该马氏体称该马氏体称隐晶马氏体隐晶马氏体隐晶马氏体隐晶马氏体。4545钢正常淬火组织钢正常淬火组织奥氏体奥氏体+马氏体马氏体马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰112 1 1 1 1、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火 低低碳碳钢钢和和低低碳碳合合金金钢钢采采用用强强烈烈淬淬火火可可以以获获得得几几乎乎全全部部是是板板条条马氏体。马氏体。2 2 2 2、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火 中中碳碳低低合合金金钢钢和和中中碳碳合合金金钢钢采采用用一一般般淬淬火火获获得得混混合合马马氏氏体体，而而采采用用高高温温加加热热淬淬火火可可以以获获得得几几乎乎全全部部是是板板条条马马氏氏体体或或板板条条马马氏体加少量片状马氏体。可大幅度提高钢的韧性。氏体加少量片状马氏体。可大幅度提高钢的韧性。3 3 3 3、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火 高碳钢的低温快速、短时间加热淬火，奥氏体中保留碳化物高碳钢的低温快速、短时间加热淬火，奥氏体中保留碳化物而使奥氏体中含碳量降低，淬火后获得更多的板条马氏体。而使奥氏体中含碳量降低，淬火后获得更多的板条马氏体。（二）工业用钢中马氏体形态的应用（二）工业用钢中马氏体形态的应用（二）工业用钢中马氏体形态的应用（二）工业用钢中马氏体形态的应用马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰122 6.7.2 6.7.2 奥氏体稳定化的应用奥氏体稳定化的应用奥氏体稳定化的应用奥氏体稳定化的应用 1.1.为减少工件淬火变形而有意保持一定量的残余奥氏体。为减少工件淬火变形而有意保持一定量的残余奥氏体。(1)(1)分级淬火分级淬火 (2)(2)等温淬火等温淬火 (3)(3)提高奥氏体化温度，使碳化物较多的溶入奥氏体，降低提高奥氏体化温度，使碳化物较多的溶入奥氏体，降低M MS S点。点。2.2.为保证工件有较高的硬度和耐磨性、尽量减少残余奥氏体的量。为保证工件有较高的硬度和耐磨性、尽量减少残余奥氏体的量。(1)(1)采用较快冷速的普通淬火采用较快冷速的普通淬火(简单工件简单工件)(2)(2)采用采用M MS S点附近作短暂停留的分级淬火点附近作短暂停留的分级淬火 (3)(3)淬火后进行冷处理时两者之间的时间间隔应尽量短。淬火后进行冷处理时两者之间的时间间隔应尽量短。残残余余奥奥氏氏体体不不仅仅降降低低淬淬火火钢钢的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性，而而且且在在工工件件使使用用过过程程中中，残残余余奥奥氏氏体体会会继继续续转转变变成成马马氏氏体体，使使这这就就要要求求高高精精度度的的工工件件，如如，精精密密丝丝杠杠，精精密密量量具具，精精密密轴轴承承等等。为为了了保保证证使使工工件件形形状状，尺尺寸寸发发生生变变化化，影影响响工工件件的的尺尺寸寸精精度度，用用期期间间的的精精度度，淬淬火火工工件件冷冷却却到到室室温温后后，在在冷冷却却到到-78-78或或-183183，来来最最大大限限度度消消除除残残余余奥奥氏氏体体，达达到到增增加加硬硬度度，耐耐磨磨性性与与尺尺寸寸稳稳定定性性的目的，这种处理成的目的，这种处理成“冷处理冷处理”。3.3.为保证工件尺寸的稳定性和钢的强韧性而提高残余奥氏体的稳定性为保证工件尺寸的稳定性和钢的强韧性而提高残余奥氏体的稳定性。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰132 一、形状记忆效应一、形状记忆效应一、形状记忆效应一、形状记忆效应 形形状状记记忆忆合合金金：某某些些合合金金在在马马氏氏体体状状态态下下进进行行塑塑性性变变形形后后，再将其加热到再将其加热到Af温度以上，便会自动恢复到母相原来的形状温度以上，便会自动恢复到母相原来的形状。6.7.3 6.7.3 形状记忆效应形状记忆效应形状记忆效应形状记忆效应马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰142 形状记忆效应形状记忆效应(链接链接)：单程：单程(链接链接)、双程、双程 形状记忆效应的基本原理：形状记忆效应的基本原理：形形状状记记忆忆效效应应是是有有马马氏氏体体转转变变的的热热弹弹性性马马氏氏体体及及伪伪弹弹性性行行为为引引起的。起的。形状记忆效应示意图。形状记忆效应示意图。(a)单程形状单程形状记忆效应记忆效应(b)双程形状记忆效应双程形状记忆效应单程形状记忆效应原理单程形状记忆效应原理 马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰152形状记忆合金的应用实例：形状记忆合金的应用实例：形状记忆合金的应用实例：形状记忆合金的应用实例：血血管管支支架架NiTi折叠发射自动张开的宇航天线折叠发射自动张开的宇航天线(链接链接)爬行机器人的爬行驱动装置移动机构整体图爬行机器人的爬行驱动装置移动机构整体图马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰162 6.7.5 6.7.5 防止焊接冷裂缝防止焊接冷裂缝防止焊接冷裂缝防止焊接冷裂缝 焊焊接接用用钢钢的的含含碳碳量量低低，其其M MS S点点应应不不低低于于300300，形形成成板板条条马马氏氏体体并并“自自回回火火”。而而中中碳碳高高强强度度焊焊接接用用钢钢焊焊接接时时及及焊焊接接后后冷冷却却时时应预热、缓冷。应预热、缓冷。6.7.6 6.7.6 中中中中MnMn耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨铸铁 Mn Mn扩大奥氏体区，使碳曲线右移并降低扩大奥氏体区，使碳曲线右移并降低M MS S点，易形成马氏体，点，易形成马氏体，提高耐磨性。提高耐磨性。6.7.4 Zr6.7.4 Zr2 2OO基陶瓷的多晶型性转变基陶瓷的多晶型性转变基陶瓷的多晶型性转变基陶瓷的多晶型性转变 1170 2730 3680 mZr2O tZr2O CZr2O 熔体熔体 晶格类型晶格类型 单斜单斜 四方四方 立方立方 其中其中tZr2OmZr2O属于马氏体相变，通过无扩散切变来实现。属于马氏体相变，通过无扩散切变来实现。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰172本章小结本章小结1.1.基本概念：马氏体、马氏体转变基本概念：马氏体、马氏体转变2.2.马氏体马氏体(M)(M)相变的五个主要特征相变的五个主要特征3.3.马马氏氏体体的的晶晶体体结结构构(体体心心立立方方、正正方方)，马马氏氏体体的的两两种种基基本本形形态态(板板条条马马氏氏体体和和片片状状马马氏氏体体)，影影响响马马氏氏体体形形态态及及其其内内部部亚亚结结构构的的因因素素(Wc(Wc、形形成成温温度度)4.4.马马氏氏体体转转变变的的热热力力学学条条件件(TMs)(TMs)、驱驱动动力力、T T0 0、M MS S、M Mf f的的物物理理意意义义、MsMs点点很低的原因、马氏体形成的两个条件、影响钢的很低的原因、马氏体形成的两个条件、影响钢的M MS S点因素点因素5.5.马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。6.马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型。7.7.马马氏氏体体的的性性能能：力力学学性性能能的的显显著著特特点点、马马氏氏体体高高硬硬度度(高高强强度度)的的本本质质(变变强强化化机机制制)、强强度度和和韧韧性性与与含含碳碳量量及及亚亚结结构构的的关关系系；高高碳碳马马氏氏体体的的显显微微裂裂纹。纹。8.奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化。奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化。9.马氏体转变的应用。马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰182本章思考题本章思考题本章思考题本章思考题 （1 1）马氏体和马氏体转变的本质。马氏体的晶体结构的类型。）马氏体和马氏体转变的本质。马氏体的晶体结构的类型。（2 2）马氏体转变的主要特征）马氏体转变的主要特征(五个特征的内容：非恒温性、切变五个特征的内容：非恒温性、切变共格性和表面浮凸效应、无扩散性、与奥氏体存在着严格的晶体学共格性和表面浮凸效应、无扩散性、与奥氏体存在着严格的晶体学关系、可逆性）。哪些实验现象可以说明马氏体转变具有无扩散性关系、可逆性）。哪些实验现象可以说明马氏体转变具有无扩散性？（3 3）马氏体有哪两种基本形态？它们在亚结构以及力学性能上有）马氏体有哪两种基本形态？它们在亚结构以及力学性能上有什么差异什么差异?影响马氏体形态及其内部亚结构的因素有哪些？（两种影响马氏体形态及其内部亚结构的因素有哪些？（两种基本形态是板条马氏体和片状马氏体：形成的钢和合金、形成温度、基本形态是板条马氏体和片状马氏体：形成的钢和合金、形成温度、组织特征、金相形态、立体形态、晶体类型、亚结构、与奥氏体的组织特征、金相形态、立体形态、晶体类型、亚结构、与奥氏体的晶体学关系、形成过程、残余奥氏体、力学性能）晶体学关系、形成过程、残余奥氏体、力学性能）马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变授课 朱世杰192 （4 4）马氏体的形成的热力学条件；）马氏体的形成的热力学条件；ToTo、MsMs、MfMf、MdMd点有什么物点有什么物理意义？理意义？MsMs点为什么很低？马氏体转变的驱动力是什么？马氏体的点为什么很低？马氏体转变的驱动力是什么？马氏体的形成条件是什么？影响钢的形成条件是什么？影响钢的MSMS点因素有哪些？如何影响？马氏体转点因素有哪些？如何影响？马氏体转变量与温度的关系是什么？自回火的概念。变量与温度的关系是什么？自回火的概念。（5 5）马氏体转变的动力学主要有哪几种方式？各种方式有什么）马氏体转变的动力学主要有哪几种方式？各种方式有什么特征？特征？（6 6）马氏体的力学性能有何显著特点？钢中马氏体具有高硬度、）马氏体的力学性能有何显著特点？钢中马氏体具有高硬度、高强度的本质是什么高强度的本质是什么(强化机制）强化机制）?淬火钢的硬度与马氏体的硬度淬火钢的硬度与马氏体的硬度是否相同？为什么是否相同？为什么?马氏体的性能与形态、亚结构有什么关系？马氏体的性能与形态、亚结构有什么关系？（7 7）奥氏体稳定化的概念。热稳定化和机械稳定化的区别。）奥氏体稳定化的概念。热稳定化和机械稳定化的区别。