固态相变课件精.ppt
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1、固态相变课件第1页,本讲稿共31页四.转变的不完全性 转变结束时总有一部分未转变的A,继续冷却AM,形成B+M+AR组织,其中AR为残余A。五.扩散性 转变形成高碳相和低碳相,故有碳原子扩散,但合金元素和铁原子不扩散或不作长程扩散。六.晶体学特征 贝氏体形成时,有表面浮突,位向关系和惯习面接近于M。总之,贝氏体转变的某些特征与P相似,某些方面又与M相似。第2页,本讲稿共31页第二节第二节 贝氏体组织形态和晶体学贝氏体组织形态和晶体学贝氏体有下列主要的组织形态:一.无碳化物贝氏体 在靠近BS的温度处形成这种贝氏体,是由F+A组成。其形态可见图,是在A晶界上形成了F核后,向晶内一侧成束长大,形成的
2、平行的板条束,条间为富碳的A,板条宽度随转变温度下降而变窄.继续冷却,A可能转变为M、P、B(其他类型)或保留至室温。F条形成时在抛光表面会形成浮凸.B与A的位向关系为K-S关系,惯习面为111A。第3页,本讲稿共31页二.上贝氏体(B上)B上在B转变的较高温度区域内形成,对于中、高碳钢,此温度约在350550区间。组织为(F+碳化物)的二相混合物。其形态在光镜下为羽毛状(见图)。在电镜下为一束平行的自A晶界长入晶内的F条。束内F有小位向差,束间有大角度差,F条与M板条相近。碳化物分布在铁素体条间,随A中含碳量增高,其形态由粒状向链状甚至杆状发展(见图)。F内亚结构为位错,惯习面为111A,与
3、A之间的位向接近K-S关系,碳化物惯习面为227 A,与A有确定位向关系。第4页,本讲稿共31页三.下贝氏体B下在B转变的低温转变区形成,大致在350,组织为(F+碳化物)的二相混合物。F的形态与A碳含量有关:碳量低时呈板条状(见图)。碳量高时,呈片状(见图)。片内存在细小碳化物,呈短杆状与F的长轴成55-60度,成分为Fe3C或Fe2-3C。四.粒状贝氏体在一定的冷速范围内连续冷却得到的,组织为(F+A)的二相混合物。其形态为F基体上分布着小岛状的A(见图)。富碳的A小岛在随后的冷却过程中有三种可能:分解为F与碳化物;转变为M;以A态保留至室温。第5页,本讲稿共31页第三节第三节 贝氏体转变
4、动力学贝氏体转变动力学一.贝氏体等温转变动力学曲线 贝氏体等温转变动力学曲线也呈S形,但与珠光体转变不同,贝氏体等温转变不能继续到终了。根据贝氏体转变动力学曲线,可作出等温转变动力学图,如图。可见,此动力学图也呈C形。转变在BS温度以下才能实行,转变速度先增后减。近年来,由于测试灵敏度的提高,人们发现贝氏体转变的C曲线是由二个独立的曲线,即上贝氏体转变和下贝氏体转变合并而成,如图。第6页,本讲稿共31页二.转变时碳的扩散 第7页,本讲稿共31页三.影响贝氏体转变的动力学的主要因素 1.碳含量的影响 A中碳含量的增加,转变时需扩散的原子量增加,转变速度下降。2.奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响
5、 奥氏体晶粒越大,晶界面积越少,形核部位越少,孕育期越长,贝氏体转变速度下降;奥氏体化温度越高,奥氏体晶粒越大,转变速度先降后增。第8页,本讲稿共31页第四节第四节 贝氏体转变热力学及转变机制贝氏体转变热力学及转变机制一.贝氏体转变热力学 贝氏体转变可有三种可能:(1)奥氏体分解为平衡浓度的+Fe3C,即+Fe3C(2)奥氏体先析出先共析铁素体,即+1,1在随后的冷却过程中进一步转变.(3)奥氏体以马氏体相变方式先形成同成分的(过饱和),然后分解成Fe3C及低饱和度,即(过饱和),+Fe3C,经计算后发现:以方式(1)机制转变的相变驱动力最大,这就表示(2)、(3)中的1和都是热力学不稳定的,
6、最终要分解为平衡相和Fe3C。以(3)中的切变方式转变,驱动力为180J/mol,而在BS时相变的阻力在600 J/mol以上,阻力大于驱动力,所以至少在贝氏体转变的上限温度(3)中的方式不可能而以(2)中的1扩散方式进行。第9页,本讲稿共31页二.贝氏体转变过程 1.无碳化物贝氏体(高温范围转变),组织为F+A(富碳).(1)A中形成贫碳及富碳区,首先是在贫碳区形成F核;(2)由于转变温度较高,碳原子可在F中越过F/A界面向A扩散,直至达到平衡浓度;(3)A、F界面上的碳原子向A中远离界面处扩散;(4)继续形成F核,并长大成条;(5)A继续富化,当达到Fe3C浓度时会析出Fe3C,在继续冷却
7、或保温过程中A也能发生转变,成为P、M、其它类型B或保留至室温成为残余奥氏体AR。整个过程可见图。第10页,本讲稿共31页2.上贝氏体转变(中温范围转变,在350550之间),组织为F+Fe3C.(1)在A中贫碳区形成F核;(2)碳越过F/A界面向A扩散;(3)由于温度降低,碳不能进行远程扩散,而在A界面附近堆积,形成Fe3C;(4)同时F长大,形成羽毛状上贝氏体.可见,上贝氏体的转变速度受碳在A中扩散控制。整个过程可见图。第11页,本讲稿共31页3 下贝氏体转变(低温范围转变,低于350)(1)在贫碳区形成F核,具有过饱和的碳;(2)由于温度低,碳原子不能越过F/A界面扩散至A中;(3)碳原
8、子在F内扩散;(4)在F内一定晶面上析出Fe3C,以降低能量,同时铁素体长大.可见,下贝氏体转变速度受碳在F中的扩散所控制。整个过程可见图。第12页,本讲稿共31页珠光体、贝氏体、马氏体转变主要特征内 容珠光体转变贝氏体转变马氏体转变温度范围高 温中 温低 温转变上限温度A1BSMS领先相渗碳体或铁素体铁素体形核部位奥氏体晶界上贝氏体在晶界,下贝氏体大多在晶内在晶内转变时点阵切变无?有碳原子的扩散有有基本上无铁及合金元素原子的扩散有无无等温转变完全性完 全视转变温度定不完全转变产物+Fe3C+Fe3C 或-Fe2-3C冷却过程中的几种转变的主要特征见下表。第13页,本讲稿共31页第五节第五节
9、贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能一.贝氏体的强度(硬度)一般地,贝氏体的强度随形成温度的降低而提高,如图。贝氏体的硬度与形成温度的关系与此相似.第14页,本讲稿共31页影响贝氏体强度的因素:(1)F条(片)的粗细:F条(片)越细,晶界越多,贝氏体强度越高。由于F条(片)的粗细决定于形成温度,也可认为,形成温度越低,条(片)越细,强度越高。(2)碳化物质点的大小与分布:根据弥散强化理论,碳化物颗粒愈小,分布越弥散,贝氏体强度越高。下贝氏体中碳化物颗粒小,颗粒量多,故下贝氏体强度高于上贝氏体。贝氏体形成温度愈低时,碳化物颗粒愈小、越多,强度越高。(3)F的过饱和度,位错亚结构密度:贝氏体形成温度低
10、时,碳原子不易通过界面扩散,F的过饱和增加,位错密度增加,强度增加。总之,贝氏体形成温度越低,强度越高。第15页,本讲稿共31页二.贝氏体的韧性 在350以上时,组织中大部分为上贝氏体时,冲击韧性会大大下降,如图。上贝氏体的冲击韧性低于下贝氏体的原因有:(1)脆性Fe3C分布于F条间,造成脆性通道;(2)上贝氏体由彼此平行的F条构成,好似一个晶粒,而下贝氏体铁素体片彼此位向差很大,能看作一个晶粒的部位尺寸很小,所以上贝氏体的有效晶粒直径远远大于下贝氏体。第16页,本讲稿共31页第四章第四章 习习 题题(1)一般地,贝氏体转变产物为_的二相混合物,为非层片状组织.a.A与F b.A与碳化物 c.
11、A与P d.相与碳化物(2)贝氏体形成时,有_,位向共系和惯习面接近于M.a.表面浮凸 b.切变 c.孪晶 d.层错(3)简述无碳化物贝氏体形成过程.(4)简述上贝氏体在光镜和电镜下形态.(5)简述下贝氏体在光镜和电镜下形态.(6)简述粒状贝氏体的形成过程及形态.(7)近年来,人们发现贝氏体转变的C曲线是由二个独立的曲线,即_和_合并而成的.a.P转变,B转变 b.B转变,P转变c.B上转变,B下转变 d.P转变,P转变(8)贝氏体转变时,由于温度较高,会存在_的扩散.a.铁原子 b.碳原子 c.铁和碳原子 d.合金元素(9)随A中碳含量增加,A晶粒增大,B转变速度_.a.下降 b.上升 c.
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