金属学与热处理教案-哈尔滨工业大学.docx

名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载第十三章：贝氏体相变钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区转变的产物，这由钢的冷却转变图 〔“ C 曲线”或 CCT 曲线〕得知；其转变温度位于珠光体温度和马氏体转变温度之间，因此称为中温转变；这种转变的动力学特点和产物的组织外形， 兼有扩散型转变和非扩散型转变的特点， 称为半扩散型相变；一般将具有肯定过饱和度的 α 相和 Fe3C 组成的非层状组织称为贝氏体；§13-1 贝氏体转变的热力学G钢中过冷奥氏体转变为贝氏体，必需满意： ΔG=GB-Gγ ≤ 0贝氏体转变属于半扩散型相变，除新相表面能 Sσ外，仍有母相与新相比容不同产生的应变能和维护两相共格关系的弹性应变能 ε V，就贝氏体形成时系统自由能也可以表示为： ΔG=VΔ gv+Sσ+ε V≤ 0与马氏体相变比较， 贝氏体转变时碳的扩散降低了 α 相的过饱和含碳量， 弹性应变能 ε V 减小；碳的脱溶使贝氏体与奥氏体的比容差降低， 相变时由于体积变化引起的应变能减小， 使α相的自由能降低， 新相与母相自由能差 Δ G 增加，相变驱动力增大，因此贝氏体转变开头温度 Bs 在 M s 之上；另外，与珠光体转变相比，贝氏体形成时 α相的过饱和程度比珠光体 α 相的过饱和程度大，新相与母相的弹性应变能 ε V 比珠光体转变时的弹性应变能 εV 大， 贝氏体转变开头温度 Bs 在 Ps 之下；因此，贝氏体转变的开头温度介于 M s 和 Ps 之间；图 13-2§13-2 贝氏体的组织外形一、上贝氏体过饱和的平行条状 α相和夹于 α相条间的断续条状 Fe3C 的混合物；外形如羽毛，又称羽毛状贝氏体；在原奥氏体晶界形核，沿晶界一侧或两侧向晶内长大；见图 13-2；〔1〕形成温度：中高碳钢 350~550℃；又称高温贝氏体；形成温度低， α 相条变薄，碳化物弥散度增大，细化晶粒；〔2〕亚结构：位错缠解；比板条马氏体低 2~3 个数量级，形成温度越低，位错密度越大；〔3〕光镜下， α 相呈条状或针状，少数呈椭圆状或矩形；电镜下清楚可见断续条状 Fe3C 分布于α 相条间，也可能分布在 α 相条内；〔4〕C%增加， α 相条增多、变薄， Fe3C 量增加、变细，碳化物由粒状→链珠状→断续条状；合金元素 Si、Al、增加奥氏体的稳固性，抑制 Fe3C 析出，使残余奥氏体数量增多；二、下贝氏体过饱和的片状 α 相和其内部沉淀的 Fe3C 的混合物；外形为针状、片状或竹叶状；各针状物间有肯定交角； 碳化物细小、 弥散， 呈粒状和细片状排列成行， 与α 相长轴方向成 55.~65.；〔1〕形成温度：中高碳钢 350℃ ~M s；又称低温贝氏体；〔2〕亚结构：缠解位错；比上贝氏体位错密度高，未发觉孪晶；〔3〕光镜下， α 相呈暗黑色针状或片状，各针状有肯定交角；电镜下清楚可见排列成行的粒状或片状 Fe3 C 分布于 α 相条内，与 α 相长轴方向交成 55.~60.，也可能分布在 α 相条外；〔4〕下贝氏体 α 相内含有过饱和 C 原子，其固溶量比上贝氏体高；上贝氏体的 α 相平行，下贝氏体的 α相有交角；l 双磨面金相分析——对同一试样的两个垂直表面进行金相观看， 以分析组成物的立体外形； 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载二、贝氏体分类关于贝氏体分类目前很难统一〔1〕按光镜组织就以 α 相形貌为依据； α 相成簇分布呈条状为上贝氏体；呈针状或片状为下贝氏体；〔2〕按电镜组织就以碳化物形貌和分布为依据；碳化物呈断续条状或杆状分布在 α 相之间为上贝氏体；呈粒状或细片状分布在 α 相之中为下贝氏体；§13-3 贝氏体的形成一、贝氏体的形成过程过冷奥氏体冷却到贝氏体转变温度区， 在贝氏体转变开头前， 过冷奥氏体内部 C 原子产生不匀称分布， 显现很多局部贫碳区和富碳区， 在贫碳区产生 α 相晶核， 当其尺寸大于该温度 〔贝氏体转变温度 〕下的临界晶核尺寸时， α 相晶核不断长大， 由于过冷奥氏体所处的温度较低，Fe 原子的自扩散困难， 只能按共格切变方式长大； C 原子从 α 相长大的前沿向两侧奥氏体中扩散，而且 α 相内过饱和 C 原子不断脱溶； 〔1〕高温时 C 原子穿过 α相界扩散到奥氏体中或在相界面沉淀成碳化物； 〔2〕低温时 C 原子在 α相内部肯定晶面上集合并沉淀成碳化物；或 同时在 α 相界面和 α相内部沉淀成碳化物；因此贝氏体的形成取决于形成温度和过冷奥氏体含碳量；二、上贝氏体的形成过程第一在过冷奥氏体晶界处或晶界邻近贫碳区生成贝氏体 α 相晶核，如图 13-3〔a〕，并且成排 地向晶粒内长大；同时条状 α 相长大前沿的 C 原子不断向两侧扩散，而且 α 相余外的 C 也将通过扩散向两侧的界面移动； 由于 C 在α 相中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度， 在较低温度下， C 在晶界处发生富集， 如图 13-3〔b〕 ，当富集的 C 浓度相当高时， 在条状 α 相间形成 Fe3C，而转变为典型的上贝氏体；如图 13-3〔c〕 和图 13-3〔d〕 ；当上贝氏体的形成温度较低或钢的含碳量较高时， 上贝氏体形成时与 α 相条间沉淀碳化物的同时，在 α相条内也沉淀出少量的多向分布的 Fe3C小颗粒，如图 13-3〔c ′ 〕和图 13-3〔d ′ 〕；三、下贝氏体的形成过程〔a〕在中高碳钢中，假如贝氏体转变温度比较低时，第一在奥氏体晶界或晶粒内部某些贫碳区形成 α 相晶核 〔图 13-4a〕，并按切变共格方式长大成片状或透镜状 〔图 13-4b〕 ；由于转变温度较低， C 原子扩散困难，较难迁移至晶界，和 α相共格长大的同时， C 原子只能在 α 相的某些亚晶界或晶面上沉淀为细片状碳化物 〔图 13-4c〕，和马氏体转变相像，当一片α 相长大时，会促发其它方向片状 α 相形成 〔图 13-4d〕 ，从而形成典型的下贝氏体；假如钢的含碳量相当高， 而且下贝氏体的转变温度又不过低时， 形成的下贝氏体不仅在片状α相中形成 Fe3C，而且在 α 相边界上也有少量 Fe3C 形成，如图 13-4c′和图 13-4d ′；§13-4 钢中贝氏体的机械性能钢中贝氏体的机械性能主要取决其显微组织外形，即取决于 α 相和 Fe3C 的显微组织外形；一、 α 相的显微组织外形1.贝氏体 α 相中相对细晶的呈条状 〔上贝氏体 〕或呈针状 〔下贝氏体 〕比相对粗晶的呈块状 〔粒状贝氏体 〕具有较高的强度和硬度；贝氏体转变温度降低， α相由块状→条状→针片状；2.贝氏体中 α相晶粒 〔亚晶粒 〕越小，强度越高，韧性越好 〔可以通过掌握 ① 过冷奥氏体晶粒大小和 ② 掌握冷却速度来掌握 α 相晶粒大小 〕；3.与平稳状态的 α 相对比，贝氏体中 α 相过饱和度大，导致固溶强化引起强度增加，但塑性和韧性降低很少； 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载4.贝氏体中 α 相的亚结构为缠结位错 〔相变应变产生的 〕，而且下贝氏体比上贝氏体位错密度高，因此强度比上贝氏体高；二、碳化物的显微组织外形1.碳化物尺寸相同时， 其含量 〔取决于钢的含碳量 〕越多， 强度和硬度越高， 塑性和韧性越低；2.成分肯定时， 贝氏体转变温度降低， 碳化物尺寸减小， 数量 〔不是含量 〕增加， 即弥散分布，强度高韧性高，因此下贝氏体比上贝氏体性能好得多；3.粒状碳化物不易产生应力集中，韧性好；上贝氏体碳化物呈断续杆状 〔条状或层状 〕的脆性大；下贝氏体碳化物呈细片状强度高；三、非贝氏体组织形成对机械性能的影响 〔略〕第十四章：淬火钢的回火转变本章重点：〔1〕 淬火钢回火的组织转变过程和与之相对应的基本组织； 〔2〕把握并区分相像名称的各种显微组织 〔如淬火马氏体和回火马氏体；奥氏体、过冷奥氏体和残余奥氏体；索氏体和回火索氏体；屈氏体和回火屈氏体；平稳态 α 相和非平稳态 α 相〕；本章难点：淬火钢回火的组织转变过程回火是淬火后将零件加热到低于临界点某一温度， 保持肯定时间， 然后以适当的冷却方式 〔防止回火脆性时快冷；防止热应力缓冷；否就对冷却速度无限制 〕冷却到室温的热处理操作回火的目的是 ① 为了使亚稳固的 α ′相转变为接近平稳相或平稳相， 以便获得所需要的相对稳固组织与性能 ② 排除或减小内应力；§13-1 回火时物理性能的变化1.比容变化： 马氏体＞回火马氏体＞回火屈氏体＞回火索氏体＞残余奥氏体；2.相变潜热： 过冷奥氏体储存了奥氏体相变时吸取的潜热，淬火形成马氏体释放了一部分潜热，仍保留部分潜热，这部分潜热在回火过程中不断放出；残余奥氏体转变将使体积变大， 放出相变潜热；3.电阻率： 回火初期阶段 〔回火温度低于 100℃时 〕，由于 C 原子向位错线偏聚 〔板条马氏体 〕使电阻率降低；向某些晶面富集 〔片状马氏体 〕使电阻率上升；§13-2 淬火钢回火时组织转变1.马氏体中 C 原子偏聚 〔＜ 100℃ 〕①由于转变温度较低， Fe 与合金元素原子难以扩散； C、N 溶质原子只能做短程偏聚，板条马氏体晶内存在大量位错， C、N 原子向位错线邻近偏聚；②片状马氏体由于位错较少，除了少量 C、N 原子向位错线邻近偏聚，大量溶质原子向孪晶面〔110〕 α′ 偏聚，形成厚度几个 . 直径十几个 . 的富碳区；③板条马氏体中 C、N 原子向位错线邻近偏聚，降低弹性畸变能；而片状马氏体由于 C、N原子向孪晶面 〔110〕 α′ 偏聚，使弹性畸变能可能上升；④ C+⊥→⊥ C；2.马氏体分解 〔80~250 ℃ 〕——转变第一阶段回火温度超过 80℃马氏体开头分解，马氏体中 C%降低， c 轴减小， a 轴变大，正方度 c/a降低，马氏体转变成回火马氏体；片状马氏体①从马氏体析出与其共格的 ε -FexC，ε -Fex C为密排六方结构， X=2~3；此时马氏体点阵常数a 增加， c 减小，正方度 c/a 降低；②光学显微镜下看不见 ε -FexC，易腐蚀成黑色， 电子显微镜下可以观看到 ε -FexC 为长 1000.条状 〔空间外形为薄片状 〕 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载③ε -FexC 为亚稳相，温度上升可以连续转变；④马氏体分解形式取决于回火温度， 回火温度低 〔80~150 ℃〕，二相式分解， C 原子短程扩散；回火温度高 〔150~350℃ 〕，连续式分解， C 原子长程扩散；⑤马氏体分解转变为回火马氏体，即： α′ M 回 〔α 1′ + ε -Fex C〕～0.25%C 共格 2~3板条状马氏体低碳 〔＜ 0.2%C〕板条马氏体在 100~200℃回火， C 原子仍偏聚在位错线邻近处于稳固状态，不析 出 。