固态相变.ppt
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1、关于固态相变课件现在学习的是第1页,共30页珠光体的片间距和过冷度关系如下:S0 = C /T其中: C =8.0210 3(nmK); S0 : 珠光体的片间距(nm); T: 过冷度,即珠光体转变温度与临界点A1之差。一般所谓的珠光体珠光体,是指光学显微镜下能明显分辨出片层的珠光体,此时片间距为150450 nm,当片间距为80150 nm时,称为索氏体索氏体(S),片间距为3080 nm时,称为屈氏体屈氏体(T)。当渗碳体以颗粒状存在于铁素体中时,称为粒状珠粒状珠光体光体。现在学习的是第2页,共30页第二节第二节 珠光体的共析分解机理珠光体的共析分解机理一. 形成热力学 由共析成分的奥氏
2、体转变为珠光体时,有下列关系式: A P ( F + Cm) 碳含量(%): P:0.77, F:0.02, Cm:6.67. 因此, 只要考虑这三相(A, F, Cm)自由能的变化, 即可了解相变的过程.在图中, 可以看到, 在温度T1时, 三相自由能曲线有一条公切线, 说明此温度下三相平衡。由三个切点作垂线与(c)图中温度坐标中的T1温度相交,可得三相平衡的成分F(P), A(S), Cm(K)(见图).现在学习的是第3页,共30页当温度降至T2时, 就出现了图(b)中的情况.从该图中可见, 共可作三组公切线, 即成份为d的A与Cm平衡, 成份为c的A与成份为a的F平衡, 以及成份为a的F
3、与Cm平衡. 由上述切点作垂线与c)图中的T2温度相交, 可得各二相平衡的成份点:F(a), F(a), A(d), A(c)和Cm(k).因此, 在T2温度时, 可同时存在上述三组二相平衡.由于形成F(a)与Cm的二相平衡时, 公切线的位置最低, 也即体系自由能最低, 是最稳定的状态, 所以A只要在Ar1下保持足够长时间, 就会得到 F+Cm的二相混合物P.现在学习的是第4页,共30页二. 片状珠光体形成机制1. 领先相P中F与F先位向相同, 故设定亚共析钢中F为领先相P中Fe3C与Fe3CII位向相同, 故设定过共析钢中Fe3C为领先相, 共析钢中领先相可以是F,也可以是Fe3C,一般认为
4、领先相是渗碳体。原因: 实验现象P中CEM与从A中析出的CEM晶体学位向相同;P中CEM与共析转变前的CEM在组织上常常是连续的;A中未溶解的Fe3C有促进P形成的作用,而铁素体无明显影响珠光体转变:铁素体和渗碳体共析共生,同步形核 ?现在学习的是第5页,共30页2. 珠光体形成机制共析成分的奥氏体,在临界点以下发生如下转变:A F + Fe3C转变依赖于扩散, 以得到所需要的浓度变化以及结构变化, 转变也是一个形核和长大的过程。详见下面的叙述.(1)形核a)位置: Fe3C形核于A晶界或A晶内未溶Fe3C粒子b)形状:薄片。因表面积大,易接受扩散来的原子,且应变能小。 晶核现在学习的是第6页
5、,共30页(2) 长大长大Fe3C薄片向纵向、横向长大,不断吸收周围碳原子(图a)在Fe3C两侧或A晶界上贫碳区,形成F核(图b) Fe3C纵向长大(横向已不可能), F纵向长大、横向长大, 于F侧的同一位向形成Fe3C(图c), 在同一位向交替形成F与Fe3C, 形成一个珠光体团(图d)。在不同位向形成另一个珠光体团(图ce) 珠光体团互相接触,转变结束(图f).现在学习的是第7页,共30页(3)碳的扩散过程共析成分的奥氏体,冷却到临界点以下一个温度t1 时,新相P与母相A的成分如图。由于各相间的浓度差,就造成了如下几种扩散。(a)界面扩散如上图,在t1温度时,A中CA-F CA-C,造成碳
6、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)。现在学习的是第8页,共30页(b)由远离P区扩散如图,因为CA-F CA CA-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。现在学习的是第9页,共30页(c)铁素体中C的扩散如图, 因为CF-A CF-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。现在学习的是第10页,共30页三. 粒状珠
7、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。现在学习的是第11页,共30页(2) 不同半径粒子,溶解度不同。粒子半径r越小,溶解度越大。现在学习的是第12页,共30页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
8、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.现在学习的是第13页,共30页(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) 破坏的渗碳体球化现在学习的是第14页,共30页第三节第三节 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
9、下,发生珠光体转变,称为伪共析转变(见图)。现在学习的是第15页,共30页二. 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-F CA (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)。现在学习的是第16页,共30页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
10、,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).现在学习的是第17页,共30页第四节第四节 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 VI 及V 随过冷度T的增加,先增后减。共析钢P转变时,I(1) 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。现在学习的是第18页,共30页二. 珠光体等温转变的动力学图1. 珠光体等温转
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