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1、金属学与热处理,赵慧杰,材料科学与工程学院空间材料与环境工程实验室,马氏体相变强化机制:a.固溶强化;b.相变强化;c.时效强化；d.晶界强化。,板条马氏体高塑韧性机制:a.胞状位错亚结构;b.含碳量份数低，淬火应力小;c.可以进行自回火。,板条马氏体为什么具有高强韧性？,2.马氏体转变晶体学特点：（1）无扩散性（2）切变性（3）共格性（4）严格的位相关系和惯习面,共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线,贝氏体(P207),含碳过饱和的铁素体和碳化物的机械混合物，记为B,1.上贝氏体,2.下贝氏体,贝氏体转变,贝氏体转变(P206),介于珠光体和马氏体之间的中温转变。,粒状贝氏体,分类：,上贝氏体的显
2、微组织（P207）,共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线,下贝氏体的显微组织（P208）,-碳化物：六方点阵，成分不固定，以FexC表示。,粒状贝氏体的显微组织（P208）,等温转变温度对共析钢机械性能的影响,共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线,共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线,等温淬火(P239)：将加热至奥氏体状态的工件淬入温度稍高于Ms点的盐浴中等温，保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后在空气中冷却的淬火方法。,各种淬火方法冷却曲线示意图,一般地说，下贝氏体的性能比片状马氏体好；而下贝氏体的韧性则不如板条状马氏体。因此，低碳钢不适于等温淬火，中碳钢结构零件适宜等温淬火。,抗拉强度b，MP
3、a30CrMnSi钢经等温淬火和淬火、回火后的抗拉强度和冲击韧性,第二相强化/复相强化：在热处理过程中，由于第二相的析出，使材料的强度增高的现象。,粒状贝氏体的显微组织（P208）,粒状贝氏体内小岛面积对强度的影响（每个原奥氏体晶粒）（钢的化学成分：WCr=1%；WMn=0.5%；微量B）,贝氏体转变特点1、贝氏体转变热力学特点（P209）,贝氏体形成的热力学条件-G 0奥氏体形成时系统总的自由能变化为 G=GV+GS+Ge GV-体积自由能差（动力）GS-表面能（阻力，较小）Ge-弹性应变能（阻力，较小）,贝氏体转变与马氏体点的关系（P209）,T Bs 贝氏体上限温度,为什么贝氏体转变可以
4、在钢的Ms 以上发生？/为什么在Ms点以上贝氏体温度范围内，贝氏体中的铁素体可以通过马氏体机制形成？（1）C扩散 降低了贝氏体中铁素体的Wc 降低了铁素体的自由能 新旧两相自由能G v增大 相变驱动力增大；（2）碳化物的析出（碳的脱溶）奥氏体与贝氏体比容差减小 相变时体积变化引起的弹性应变能 G e减小 相变阻力减小。,贝氏体转变晶体学特点切变性：铁素体通过切变机构形成。（表面浮凸）共格性：贝氏体中的铁素体和奥氏体保持共格关系。惯习面:上贝氏体-111下贝氏体-2253.严格的位向关系K-S关系、N关系。,例如：共析钢在350450之间形成的上贝氏体中，F与A间存在N关系。共析钢在250之间形
5、成的下贝氏体中，F与A间存在K-S关系。,贝氏体转变的动力学特点(P210)：(1)铁素体形核、晶核长大：C在A中出现贫碳区 F形核（领先相）C浓度起伏 晶核长大,贝氏体转变的动力学特点(P210)：(2)碳化物析出（F条间或内部）：F中过饱和的C向A中扩散-碳化物F条间或内部析出,贝氏体转变示意图a)无碳贝氏体;b)上贝氏体;c)下贝氏体,共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与连续冷却转变曲线比较,钢的过冷奥氏体转变曲线,小结,碳钢冷却时的组织转变,相同点：都具有珠光体P和马氏体M转变区,不同点：1.CCT曲线在TTT曲线右下方2.CCT没有贝氏体B转变区3.转变产物不同,小结,共析钢CCT曲线与
6、TTT曲线的比较,片状珠光体：组织：(F+片状渗碳体)性能：较高的强度，较好的塑韧性,粒状珠光体：(F+粒状渗碳体)强度较高，塑韧性好 球化退火、淬火+回火,获得：退火、正火,珠光体转变,转变特点：高温扩散型相变,小结,贝氏体转变,上贝氏体 形成温度:550 350相组成：成束分布、平行排列的铁素体 和夹与其间的断续的条状渗碳体显微组织：羽毛状亚结构：位错性能：强度和韧性均较低获得：（工艺不合理，避免）,下贝氏体350 Ms含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物针状或片状位错（密度较高）强度高，韧性好等温淬火,小结,贝氏体转变的主要特点：中温相变,马氏体转变特点：低温、切变型相变,马氏体转
7、变,板条马氏体:（位错马氏体）显微组织：相互平行排列的板条空间形态:扁条状亚结构：高密度的位错含碳量：低/中碳钢性能：高强韧性获得：淬火,片状马氏体:（孪晶马氏体）针状或竹叶状凸透镜状孪晶高碳钢高强度、韧性稍差淬火,小结,碳钢加热和冷却时的组织转变产物,转变产物 定义 奥氏体(A)：碳在-Fe中的固溶体。珠光体(P)：铁素体和渗碳体的混合物。贝氏体(B)：含碳过饱和的铁素体和渗碳体的混合物。马氏体(M)：碳在-Fe中的过饱和间隙固溶体。,小结,作 业 5,P213 22 为什么下贝氏体比上贝氏体具有优越的机械性能？P213 26 学过的获得细化晶粒的方法有哪些？,课堂小测试,珠光体 贝氏体 马
8、氏体分类形成温度金相显微组织亚结构性能,魏氏组织（P211）：Wc 1.2过共析钢由高温以较快速度冷却时，从奥氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近乎平行的呈羽毛状或三角形的，其间分布着珠光体的组织。,铁素体魏氏组织（a）和渗碳体魏氏组织(b)（P211）,魏氏组织 组织形态 亚共析钢-粗大羽毛状铁素体+珠光体 过共析钢-三角状渗碳体+珠光体,铁素体魏氏组织(a)和渗碳体魏氏组织(b)（P211）,a）奥氏体晶粒度为01号 b)奥氏体晶粒度为78号铁碳合金中先共析 铁素体、先共析渗碳体的形态与转变温度和含碳量的关系M析出块状组织 W形成魏氏组织 G沿奥氏体晶界析出网状组织（P212）,魏氏组织形
9、成条件:(1)Wc 1.2过共析钢(2)奥氏体晶粒粗大-过热钢中-经锻造、热轧、焊接的中低碳钢中,亚共析钢析出先共析 铁素体形貌与含碳量和冷却速度的关系M析出块状组织 W形成魏氏组织 G沿奥氏体晶界析出网状组织,a）奥氏体晶粒粗大,b)奥氏体晶粒较大,魏氏组织形成条件:(1)Wc 1.2过共析钢(2)奥氏体晶粒粗大-过热钢中-经锻造、热轧、焊接的中低碳钢中(3)由高温以较快速度冷却时,过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成 奥氏体晶粒粗大的缺陷。,亚共析钢过热的显微组织,因淬火加热“跑温”而过热的W18Cr4V立铣刀上粗大奥氏体晶粒,具有萘断口缺陷片铣刀的极粗晶粒,魏氏组织 危害：（P212）机械性能严重下降，特别是塑性和冲击韧性显著降低，使钢的脆性转折温度提高。-轧钢板，焊后焊口YB71-64 6级：02级较轻，35级较重,脆性转折温度（FATT）,魏氏组织 消除：（1）正火、退火-重新奥氏体化，细化晶粒（2）控制轧制-重新轧制、锻造，细化晶粒,魏氏组织转变特点：,F切变浮凸;惯习面111;K-S关系,魏氏组织,作 业 5,P213 22 为什么下贝氏体比上贝氏体有优越的机械性能？P213 23 何为魏氏组织？它的形成条件如何？对钢的性能有何影响？如何消除?P213 26 学过的获得细晶粒的方法有哪些？,
