珠光体共析分解.pptx

奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制一、奥氏体晶粒度可用晶粒直径、单位面积中的晶粒数等方法来表示晶粒大小。生产上用晶粒度N表示晶粒大小，可由下式求出:n=2N-1其中:n为放大100倍时，1平方英寸上的晶粒数。晶粒越细，n越大,N越大。1平方英寸=0.00064516平方米加热转变终了时所得A晶粒度称为起始晶粒度(14为粗,58为细,8级以上为超细)冷却开始时A晶粒度称为实际晶粒度。奥氏体晶粒大小的测定奥氏体晶粒的显示奥氏体晶粒尺寸测定或评级晶粒大小对金属材料的机械性能和工艺性能有很大影响将高温状态的奥氏体晶粒轮廓在室温下重新显示出来氧化法+直接腐蚀法将40Cr试样放入93010的电炉内加热，保温30分钟后取出试样，淬入水中，磨制成金相试样，抛光后，用饱和苦味酸水溶液腐蚀。比较法放在100倍的显微镜下观察奥氏体晶粒，YB2764标准晶粒级别图相比较以确定其大小。实验一实验一 奥氏体晶粒度大小的测定奥氏体晶粒度大小的测定一、实验目的一、实验目的1、学会用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒2、掌握用比较法评定奥氏晶粒大小二、实验原理和方法二、实验原理和方法晶粒大小对金属材料的机械性能和工艺性能有很大影响。因此，晶粒度是表示材料性能的一个重要特征。钢材加热时形成奥氏体晶粒，它的大小对钢材性能有很大影响。例如奥氏体晶粒过分粗大，钢件易于在淬火时变形、开裂。所以，生产中常需要测定奥氏体晶粒的大小。奥氏体晶粒大小的测定包括两个步骤：奥氏体晶粒的显示和奥氏体晶粒尺寸的测定或评级。本实验用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒，用比较法评定奥氏体晶粒的大小。绝大多数的钢，高温下才存在奥氏体相。当冷却时，就会转变成其它相，因此，要设法将高温状态的奥氏体晶粒轮廓在室温下重新显示出来。氧化法就是把钢加热到奥氏体，保温一定时间，使试样表面氧化。由于晶界比晶粒内具有更大的化学活性，在氧化气氛中加热的钢材，它的奥氏体晶界较晶粒内部更易于氧化，也即晶界处氧化较深，经过这样的处理，冷却后细心磨制，磨去试样表面氧化层，而保留晶界上的氧化物，再经过抛光、侵蚀，就能在显微镜明场照明下显示出氧化的晶界。直接腐蚀法就是选用合适的腐蚀剂，对于某种钢材亦能借浸蚀显示原奥氏体晶界。比较法评定晶粒大小简单方便，是生产上常用的方法。它是放在100倍的显微镜下观察奥氏体晶粒，与冶金部颁布的YB2764标准晶粒级别图相比较以确定其大小。在显微镜下观察时，若奥氏体晶粒大小不均匀，应估计出不同大小的晶粒在视场中各占面积的百分比。若占优势的晶粒所占面积90%，就可只记录这种晶粒级别。否则应该用不同级别来分别表示钢的晶粒度，例如：8级（75%）；4级（25%）。三、三、实验设备和材料实验设备和材料40Cr试样、电炉、砂纸、抛光机、抛光剂、腐蚀剂、金相显微镜四、四、实验内容和步骤实验内容和步骤1、每人领取40Cr试样一块。2、将40Cr试样放入93010的电炉内加热，保温30分钟后取出试样，淬入水中。3、将淬火后的40Cr试样磨制成金相试样，抛光后，用饱和苦味酸水溶液和海鸥洗涤剂混合煮沸后冷却至一定的温度进行腐蚀。4、将腐蚀后的试样在金相显微镜下放大100倍观察，并与标准的奥氏体晶粒度级别图比较。晶粒度大小评级示意图晶粒度大小评级示意图图1晶粒度大小评级示意图非平衡状态冷却第二章第二章 珠光体共析分解珠光体共析分解Pearlitic Eutectoid Decomposition第一节第一节 珠光体珠光体(P)的组织形态的组织形态 P74一.珠光体的形态珠光体：铁素体+渗碳体T CA-C，造成碳从A/F界面扩散到A/Cm界面(如图)，这便破坏了界面平衡，使CA-F,CA-C,进而导致F长大(引起CA-F)，Fe3C长大(引起CA-C)。（b）由远离P区扩散如图，因为CA-FCACA-C，F前沿的碳将向远处扩散，而远处的碳(浓度为CA)将扩散至Fe3C前，使F、Fe3C长大。（c）铁素体中C的扩散如图,因为CF-ACF-C，这就造成F内部的碳的扩散，使F前沿碳浓度下降，有利于F长大，Fe3C长大。(4)铁原子的自扩散珠光体转变时，晶体点阵的改组是通过铁原子自扩散完成的。三.粒状珠光体形成机制1.生产中广泛应用的球化处理，即通过下述方法得到粒状珠光体。(1)低的A化温度，短的保温时间，以得到较多的未溶渗碳体粒子。(2)临界点下高的等温温度，长的保温时间，以得到粒状珠光体。2.片状转为粒状机制(1)由片状向粒状转变，可降低表面能，属自发过程。(2)不同半径粒子，溶解度不同。粒子半径r越小，溶解度越大。粒子中呈尖角处碳的溶解度高，粒子中呈平面处碳的溶解度低，这就在与其接触的F内形成碳的浓度梯度。尖角附近的碳原子向平面附近扩散。这种扩散破坏了界面平衡，使尖角进一步溶解，而平面处形成堆积和析出。最终各处都形成曲率半径相近的球粒形状的碳化物。对于片状珠光体曲率半径：曲线上某一点找到与它内切的圆，这个圆的半径即为曲率半径.(3)亚晶界使片状渗碳体断裂由于亚晶界的存在,在渗碳体内将产生界面张力,为了平衡此张力,渗碳体出现了沟槽(见图)。由于沟槽处曲率半径小,溶解度大，使曲率半径加大(见图)，半径加大后，破坏了界面张力平衡，为达到平衡，沟槽进一步加深，最终导致渗碳体断裂。(4)破坏的渗碳体球化第三节第三节 亚共析钢的珠光体转变亚共析钢的珠光体转变一.伪共析转变亚(过)共析钢A化后，以较快的速度冷却到ES延长线SE与GS延长线SG以下，发生珠光体转变，称为伪共析转变(见图)。二.亚共析钢中先共析铁素体的析出1.块状块状F的析出的析出当P转变温度高，Fe原子自扩散便利，且晶粒较细时，F在晶界形核后，由于CA-FCA(见图)，引起碳的扩散，为保持相界面平衡，即CA-F的高浓度，只有继续析出F，以至长成块状F(见图a)。2.网状网状F的析出的析出当转变温度较高，或冷速较大、A晶粒粗大时，Fe自扩散能力下降，F易沿晶界析出并连成网状(见图c)。此时晶内碳浓度不断升高,达伪共析成分时转变为P。3.片状片状F的析出的析出当转变温度较低，A中成分均匀，晶粒粗大时，F向与其有位向关系的A中长大，就使得同一晶粒中F呈片状且相互平行。通常将这种先共析铁素体称为魏氏组织铁素体(见图b,c).第四节第四节 转变动力学图转变动力学图一.珠光体转变的形核率I 及长大速度V(1)I及V随过冷度T的增加，先增后减。共析钢P转变时，I及V与温度关系见图。I 及V 对温度的关系呈极大值的原因是:(2)珠光体转变的形核率I 随转变时间的增长而增大，珠光体转变的线长大速度V与保温时间无明显关系。由于T，对V 及I 造成了正反效应，故有极大值存在。二.珠光体等温转变的动力学图1.珠光体等温转变的动力学曲线及动力学图将共析碳钢奥氏体化后，快速冷却到Ar1下一定温度，保温不同时间后测出相应的转变量，并描绘在以横坐标为时间，纵坐标为析出转变量的坐标系中，就构成了珠光体转变的动力学曲线(见图)。以时间为横坐标，纵坐标改为温度，将上图中各温度下的转变开始和结束的时间绘于此图中，把同类的点连起来，即得珠光体转变动力学图。由于图中曲线与“C”相似，故称曲线C;还因为温度、时间、转变三个英文名词以T开头，又称TTT曲线。2.珠光体等温转变的特点(a)转变有孕育期.(b)随着转变温度下降，孕育期变短，转变速度加快。当超过某一特定温度后，转变温度下降，孕育期反而增长，转变速度下降。鼻尖处对应I、V最大处.(c)从动力学曲线上可见，随时间增长，转变速度增加，当转变量超过50%，转变速度下降.(d)亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有一先共析F(Fe3C)线，如图.1.含碳量的影响在亚共析钢中，随C含量增加，先共析铁素体与P孕育期增长，析出速度下降，转变速度下降。这是由于随C含量增加，获得F晶核几率下降。F长大时，需扩散去的碳量增大，析出速度下降，而P的析出在F之后，F析出减慢，P的析出也减慢。在过共析钢中，随C含量增加，先共析Fe3C与P孕育期缩短,析出速度增加，转变速度增加。这是由于随C量增加，获得Fe3C晶核几率增加，P的形成是在Fe3C之后，故也加快。综上所述，共析钢的A不受碳含量影响，稳定。三三.影响珠光体转变动力学因素影响珠光体转变动力学因素2.加热温度和保温时间的影响因为A成分不一定是钢的成分，所以加热和保温时间不同，得到的A也不一样，必然对随后的冷却转变起影响。当奥氏体化温度，保温时间，A成分均匀，晶粒尺寸，晶界面积，P形核位置，I，V。当奥氏体化温度，保温时间,A成分不均匀，晶粒尺寸，晶界面积，P形核位置，I，V。上述二种影响，P转变是在高温时更为剧烈。3.原始组织的影响原始组织细，奥氏体均匀化快，随之冷却后珠光体转变的I，V均下降。第五节第五节 珠光体的力学性能珠光体的力学性能 P183一.共析成分珠光体的力学性能(1)片状珠光体的力学性能(a)片状珠光体的断裂强度与片间距有关，片间距，强度，二者关系可见图8-2右。(b)片状珠光体的塑性与片间距有关，当片间距减小，断面收缩率呈上升趋势，二者关系可见图8-3右。(c)片状珠光体的力学性能与珠光体团直径有关，但由于实际情况下，A的晶粒不会很大，P团的直径就没有很大变化，故不再讨论。(d)片状间距影响强度、塑性的原因片间距减小,渗碳体与铁素体变薄,相界面增多,铁素体中位错不易滑动，故使塑变抗力增高。另一方面，即使外力足够大,并开动了位错源后,由于片层变薄,塞积位错少,正应力少,不易引起开裂，也就提高了强度。片间距小时，渗碳体片必然变薄，在外力作用下，可以滑移产生塑性变形，也可产生弯曲，致使塑性提高。(2)粒状珠光体的力学性能在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度、硬度比片状的较低，塑性较好，这是由于:(a)相界面少，铁素体中位错易于滑动,故使塑变抗力减小.另一方面,由于相界面少,界面上位错塞积就多,正应力大,易于开裂.这两方面的因素均使强度降低；(b)Fe3C呈颗粒状，没有尖角，不易产生应力集中，塑性好。(3)派登处理，用于高碳钢的强韧化处理，具体步骤如下:高碳钢奥氏体化铅浴等温(560)得到珠光体冷拉(使F内位错密度提高，强度上升，片间距P下降，而使Fe3C不致脆断)。最终得到强烈变形后的细珠光体(索氏体)，具有极好的强度与塑性的配合。二.亚共析钢的珠光体转变产物的力学性能(1)亚共析钢完全A化后冷却，有如下规律:(a)随着钢中碳含量下降，先共析铁素体增加；(b)当碳含量一定时，随冷速加大，或转变温度降低，先共析铁素体减少,珠光体量增加,但珠光体含碳量下降。(2)亚共析组织的强度可由下列经验公式给出:s(MPa)=15.4f1/32.3+3.8(Mn)+1.13d-1/2+(1-f1/3)11.6+0.25S0-1/2+4.1(Si)+27.6(N)1/2)；(2-1)b(MPa)=15.4f1/316+74.2(N)1/2+1.18d-1/2+(1-f1/3)46.7+0.23S0-1/2+6.3(Si)。(2-2)式中:f铁素体体积百分数；d铁素体晶粒的平均直径(mm)；S0珠光体片平均间距(mm)。可见:当P少时，珠光体对强度影响不占主要地位，也即S0在(2-1)及(2-2)中不起主要作用。强度主要依赖于铁素体晶粒直径d。当P量大时，珠光体间距成为影响强度的主要因素(3).最佳的珠光体层间距Sopt为:Sopt=6.710-6(D-0.12)2/3其中:D为稀释因子，其值为D=0.8fP/(%C)，fP为P的体积百分数。可见,对于共析钢D=1，亚共析钢快冷后得到的伪共析组织D 1。三.过共析钢珠光体转变产物的力学性能过共析钢珠光体转变产物的力学性能与Fe3ClI的形态有关。Fe3C为脆性相，呈网状时会造成晶界脆断，必须消除。第二章习题第二章习题(1)片状珠光体的片层位向大致相同的区域称为_.（a）亚结构（b）魏氏组织（c）孪晶（d）珠光体团(2)珠光体团中相邻的两片渗碳体(或铁素体)中心之间的间距的距离称为珠光体的_.（a）直径（b）片间距（c）珠光体团（d）点阵常数(3)由于形成F与C的二相平衡时,体系自由能最低,所以A只要在A1下保持足够长时间,就会得到_的二相混合物P.（a）A+P（b）A+C（c）F+C（d）A+F(4)一般认为共析钢的珠光体转变的领先相是_.（a）渗碳体（b）铁素体（c）奥氏体（d）渗碳体和铁素体(5)P相变时,Fe3C形核于_或A晶内未溶Fe3C粒子.（a）P晶界（b）珠光体团交界处（c）A晶界（d）Fe3C/P界面(6)共析成分的奥氏体发生珠光体转变时,会发生碳在_和_中的扩散.（a）F和A（b）F和P（c）P和A（d）F和Fe3C(7)在A1温度以下发生的P转变,奥氏体与铁素体界面上的碳浓度_奥氏体与渗碳体界面上碳浓度,从而引起了奥氏体中的碳的扩散.（a）低于（b）高于（c）等于（d）小于等于(8)生产中广泛应用的球化处理,通过_A化温度,短的保温时间,以得到较多的未溶渗碳体粒子.（a）低的（b）高的（c）很高的（d）中等的(9)球化处理由片状向粒状转变,可_,属自发过程.（a）降低结合能（b）降低体积（c）降低表面能（d）降低碳浓度(10)试述球化过程中,由片状粒状转变的机制.(11)试述块状、网状和片状先共析铁素体的析出的原理.(12)珠光体转变的形核率I及长大速度V随过冷度的增加_.（a）先减后增（b）不变化（c）增加（d）先增后减(13)珠光体转变的形核率随转变时间的增长而_,珠光体的线长大速度V与保温时间_.（a）减少,减少（b）增大,增大（c）不变,增大（d）增大,无明显变化(14)珠光体等温转变动力学图有一鼻尖,鼻尖对应了形核率和转变速度的_.（a）最大处（b）最小处（c）平均值处（d）次大处(15)亚(过)共析钢的TTT曲线左上方有一_.（a）等温线（b）共析线（c）A1（d）先共析(16)在A1下,共析钢的A_.（a）最不稳定（b）最稳定（c）转变最快（d）转变驱动力最大(17)奥氏体化温度越高,保温时间越长,珠光体的形核率和长大速度_（a）越小（b）越大（c）不变（d）先增后减(18)原始组织细,奥氏体均匀化,随之冷却后珠光体转变的I,V均_.（a）不变（b）先增后减（c）增大（d）下降(19)当P片间距减小,渗碳体与铁素体_,相界面_,铁素体中位错不易滑动,故使塑变抗力增高.（a）厚,增多（b）薄,减少（c）薄,增多（d）厚,减少(20)在成分相同的情况下,粒状珠光体的强度和硬度比片状的_,塑性_.（a）较高,较好（b）较低,较低（c）较高,较低（d）较低,较好(21)简述派登处理在高碳钢强韧化方面的应用(22)当P量少时,亚共析钢强度主要依赖于_,P量多时,依赖于_.（a）F晶粒直径,P的片间距（b）P的片间距,F晶粒直径（c）F体积分数,P的体积分数（d）P的体积分数,F的体积分数