影响奥氏体形成的因素
- 格式:doc
- 大小:140.50 KB
- 文档页数:4
奥氏体(Austenite)是钢铁的一种层片状的显微组织,[1]通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体,也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
奥氏体的名称是来自英国的冶金学家罗伯茨·奥斯汀(William Chandler Roberts-Austen)。
奥氏体塑性很好,强度较低,具有一定韧性,不具有铁磁性。
奥氏体因为是面心立方,四面体间隙较大,可以容纳更多的碳。
[2]组成成分编辑奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成,晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小,晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温,晶粒将长大,晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相,存在于临界点A1温度以上,是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时,Ni、Mn等,则可使奥氏体稳定在室温,如奥氏体钢。
[2]晶体结构编辑奥氏体为面心立方结构,碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心,及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。
假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子,则碳的最大溶解度应为50%(摩尔分数),相当于质量分数约20%。
实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%(质量分数),这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm,比碳原子的半径0.086nm小。
碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀,产生畸变,溶入越多,畸变越大,晶格将不稳定,因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子,溶解度是有限的。
碳原子溶入奥氏体中,使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀,点阵常数随着碳含量的增加而增大。
大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等,在ˠ-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。
替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同,有的可无限溶解,有的溶解度甚微。
少数元素,如硼仅存在于浸提缺陷处,如晶界、位错等。
[3]主要性能编辑奥氏体是最密排的点阵结构,致密度高,故奥氏体的体积质量比钢中铁素体、马氏体等相的体积质量小。
奥氏体长大过程中扩散的作用一、奥氏体长大的特点奥氏体的长大是指在合金中奥氏体相的体积分数增加,晶粒尺寸增大的过程。
奥氏体的长大是通过扩散作用实现的,其主要特点如下:1. 扩散是原子迁移的过程,需要在一定温度下进行。
常见的扩散机制有普通扩散、差别扩散和激活扩散。
2. 扩散速率与温度、扩散距离和扩散物种的浓度梯度有关。
温度越高,扩散速率越快;扩散距离越大,扩散速率越慢;浓度梯度越大,扩散速率越快。
3. 扩散过程是一个热力学平衡过程,会受到界面能的影响。
界面能越高,扩散速率越慢。
二、影响奥氏体长大的因素奥氏体长大过程中,扩散是一个关键的因素,其扩散速率受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:1. 温度:温度是影响扩散速率的重要因素,温度越高,原子的热运动越剧烈,扩散速率越快。
2. 扩散距离:扩散距离是指原子从一个位置迁移到另一个位置所需的距离,扩散距离越大,扩散速率越慢。
3. 扩散物种的浓度梯度:浓度梯度越大,扩散速率越快。
如果合金中某一种原子的浓度较高,那么该原子会向浓度较低的区域扩散。
4. 界面能:界面能是指两种不同相之间的界面能量,界面能越高,扩散速率越慢。
5. 合金成分:合金中的元素种类和含量对奥氏体长大过程中的扩散速率有重要影响。
不同元素的扩散速率不同,元素含量的变化也会影响扩散速率。
三、奥氏体长大过程中的扩散作用在奥氏体长大过程中,扩散是实现晶粒长大的重要机制之一。
扩散作用使得奥氏体中的原子重新排列,从而形成更大的晶粒。
扩散作用的具体过程如下:1. 温度升高后,原子的热运动加剧,使得原子更容易从一个位置迁移到另一个位置。
同时,界面能降低,使得原子更容易跨越晶界。
2. 在高温下,奥氏体中的碳原子开始从高浓度区域向低浓度区域扩散。
扩散过程中,碳原子会与铁原子结合形成渗碳体。
3. 随着时间的推移,渗碳体逐渐增多,晶界逐渐消失,奥氏体晶粒逐渐长大。
4. 当温度降低到一定程度时,奥氏体晶粒的长大停止,形成了具有一定尺寸和形状的奥氏体晶粒。
奥氏体等温形成速度的影响因素奥氏体是一种具有高强度和良好的塑性、韧性的钢的组织状态。
其行列层状结构能够有效地抵抗外部应力,因此在工程结构中被广泛应用。
奥氏体的形成速度受到多种因素的影响,下面将介绍其中的一些主要因素。
1.温度:温度是奥氏体形成速度的主要因素之一、较高的温度有利于奥氏体的形成,因为高温会导致材料的晶格结构发生变化,使得原先的铁素体结构发生固溶,进而形成奥氏体。
在恰当的温度范围内,奥氏体形成速度会随温度的升高而增加,但过高的温度可能会导致过度晶粒长大和奥氏体析出过量,降低材料的强度和韧性。
2.合金元素:合金元素可以显著地影响奥氏体的形成速度。
例如,镍、锰、钼、铜等合金元素能够促进奥氏体的形成,而碳、铬、钼等元素则有阻碍奥氏体形成的作用。
这是因为这些合金元素会改变铁的晶格结构,进而影响原子的扩散速率和奥氏体的形核和长大过程。
此外,不同的合金元素之间可能存在相互作用,导致奥氏体形成速度的变化。
3.环境气氛:环境气氛中的氧气、氢气等气体也会对奥氏体的形成速度产生影响。
高氧气含量有助于奥氏体的形成,因为氧气可以在合金表面形成氧化物层,提供奥氏体形成所需的条件;而氢气则有抑制奥氏体形成的作用。
4.形变程度:形变程度是指金属在热处理过程中的塑性变形程度。
适量的形变可以促进奥氏体形成过程中的晶粒细化和奥氏体的形核,从而加快奥氏体的形成速度。
形变程度过大会导致晶粒长大和析出物的析出,降低奥氏体形成速度。
5.保温时间:保温时间是指在塑性变形后,材料在一定温度下维持一段时间的时间。
适当的保温时间可以促进奥氏体的形核和长大过程,从而加速奥氏体的形成速度。
较长的保温时间有利于晶粒长大和奥氏体的长大,但过长的保温时间也会导致晶粒长大过大和析出物的析出,降低奥氏体的形成速度。
综上所述,奥氏体形成速度受到多种因素的影响,包括温度、合金元素、环境气氛、形变程度和保温时间等。
了解这些影响因素对于合理控制奥氏体形成速度,优化材料的力学性能和组织结构非常重要。
奥氏体形成元素奥氏体形成元素是指影响奥氏体相变过程和形成的元素成分。
奥氏体是一种重要的金属晶体结构,具有良好的力学性能和耐磨性能,在钢铁行业中得到广泛应用。
了解奥氏体形成元素对于合金材料的开发和应用具有重要意义。
钢铁是碳和铁的合金,碳是最重要的奥氏体形成元素之一。
在低碳钢中,碳含量通常在0.02%到0.3%之间。
碳的存在对奥氏体相变过程有明显影响。
在低碳钢中,当其加热至共晶温度以上时,组织中存在的铁和碳原子开始相互扩散,并形成奥氏体。
奥氏体的形成过程中,碳原子溶解在铁晶体中,使得晶体结构由面心立方变为体心立方。
奥氏体相变过程中,碳溶解度的增加会增大固溶度谱线和固溶线之间的距离,使得奥氏体形成速率减慢,在较长时间内形成粒状奥氏体。
因此,碳元素的含量对于奥氏体形成速率和相变形貌具有重要影响。
除碳外,合金中的其他合金元素也会影响奥氏体相变和形貌。
例如,铬是一种重要的合金元素,在不锈钢中广泛应用。
铬的存在使得奥氏体相变过程发生变化。
在含有一定量的铬的钢中,铁和铬原子形成的化合物称为铬化物。
这种化合物会影响奥氏体形成速率和形貌。
在铬化物的存在下,奥氏体相变速率明显减慢,形成细小的颗粒状奥氏体。
同时,铬化物的形成也会影响奥氏体形成时的孤立核数量和形状。
因此,铬元素的含量和铬化物形貌对奥氏体相变过程和形成具有重要影响。
除了碳和铬,其他合金元素如钼、镍、锰、钒等也会对奥氏体相变过程和形貌产生影响。
这些元素可以形成不同的化合物,并改变钢的相变行为。
例如,钼的存在可以促进奥氏体相变的形成,减少奥氏体的形成温度范围。
镍的存在可以增加奥氏体的形成速率和形貌。
锰的含量可以影响奥氏体形成时的孤立核分布和形状。
钒元素的存在会改变奥氏体相变的动力学行为,使得相变过程更加复杂。
因此,合金中其他合金元素的含量和形貌会对奥氏体相变过程和形成产生重要影响。
此外,合金中的其他杂质元素如硅、磷、硫等也会对奥氏体相变过程和形貌产生一定影响。
奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素奥氏体是钢中最重要的组织之一,它具有良好的强度和硬度,被广泛应用于钢材的制造和加工过程中。
奥氏体形成的过程是复杂的,涉及多个步骤和影响因素。
下面将详细介绍奥氏体形成的四个步骤以及奥氏体形成的影响因素。
1.软化处理(预处理):首先,将钢材加热到适当的温度范围进行软化处理。
在软化处理过程中,钢材中的残余应力被消除,晶粒被结晶,这为后续形成奥氏体提供了条件。
2.超韧化处理:在软化处理后,将钢材降温至室温以下,并加入适量的合金元素,如铬、钼等。
超韧化处理的目的是增加钢材的韧性和强度,为奥氏体的形成奠定基础。
3.过冷处理:在超韧化处理后,将钢材继续降温至高温区和过冷区之间的过渡区域。
在这个温度范围内,钢材中的亚稳相(如贝氏体、马氏体等)开始分解,形成奥氏体的种子晶粒。
4.贝氏体转变:在过冷处理的基础上,进一步降温至适当的温度,贝氏体开始转变为奥氏体。
贝氏体转变过程比较复杂,包括界面扩散、原子重排、晶格变形等多个步骤。
通过适当的温度和时间控制,可以得到理想的奥氏体组织。
1.合金元素的存在:合金元素对奥氏体形成有着重要的影响。
例如,铬可以提高钢材的耐蚀性和强度,钼可以提高钢材的硬度和耐热性。
合金元素通过改变钢中的相变温度及相变速率等参数,影响奥氏体的形成过程。
2.冷却速度:冷却速度是影响奥氏体形成最主要的因素之一、快速冷却可以促使钢材中的贝氏体转变为奥氏体,而慢速冷却则有利于贝氏体的形成。
冷却速度的选择根据所需的力学性能及材料的用途来确定。
3.退火温度和时间:退火温度和时间也会对奥氏体形成产生影响。
过高的退火温度会导致晶粒长大,影响奥氏体的结晶性能,而过低的退火温度则会使奥氏体的形成受到限制。
退火时间越长,奥氏体的形成越充分。
4.碳含量:碳是钢中最主要的合金元素,对奥氏体形成有着重要的影响。
在钢中,当碳含量超过一个临界值时(通常为0.8%~1.5%),奥氏体就会形成。
简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料,广泛应用于建筑、制造、交通等领域。
而钢的性能与其组织结构密切相关,其中奥氏体是钢中最重要的组织之一。
本文将简述钢的奥氏体化过程。
一、什么是奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体,具有良好的机械性能和塑性。
在钢中,奥氏体的形态、数量和分布对钢的性能起着决定性的影响。
二、奥氏体的形成钢的奥氏体化过程是指在适当的温度下,铁和碳发生固溶反应,形成奥氏体的过程。
奥氏体的形成与钢中的碳含量、温度等因素密切相关。
1. 碳含量钢中的碳含量越低,奥氏体的形成温度越低。
一般来说,碳含量低于0.8%的钢称为低碳钢,碳含量在0.8%-2.11%之间的钢称为中碳钢,碳含量高于 2.11%的钢称为高碳钢。
在低碳钢中,奥氏体的形成温度较低,而在高碳钢中,奥氏体的形成温度较高。
2. 温度温度是奥氏体形成的另一个重要因素。
在适当的温度下,钢中的碳和铁能够充分反应,形成奥氏体。
一般来说,奥氏体的形成温度在800℃-1000℃之间。
三、奥氏体的相变奥氏体的形成是一个相变过程,主要包括两个阶段:奥氏体的形核和奥氏体的长大。
1. 奥氏体的形核当钢中的温度达到奥氏体的形成温度时,奥氏体的形核开始进行。
形核是指在晶界或晶内形成奥氏体的起始过程。
形核的速度取决于温度和钢中的合金元素含量。
当温度升高或合金元素含量增加时,形核速度加快。
2. 奥氏体的长大奥氏体的长大是指形核后的奥氏体晶粒逐渐长大和增多的过程。
在奥氏体的长大过程中,晶界迁移、晶粒的吞噬和晶粒的再结晶等现象会发生,最终形成具有一定形状和尺寸的奥氏体晶粒。
四、奥氏体的应用奥氏体具有良好的塑性和韧性,因此在钢的制造和加工过程中,通常会通过控制奥氏体的形成来调节钢材的性能。
例如,在焊接过程中,通过控制焊接温度和冷却速度,可以获得不同形态和含量的奥氏体,从而实现钢材的强度和韧性的平衡。
奥氏体还可以通过热处理来改善钢材的性能。
热处理是指将钢材加热到适当的温度,保持一定时间后进行冷却,以改变钢材的组织结构和性能。
奥氏体1. 引言奥氏体(Austenite)是固体材料中的一种金属相,具有高度有序的结构和低塑性。
它主要由α铁和γ铁两个晶体相组成,通常在高温下形成,然后通过快速冷却来保留结构。
奥氏体的性质和结构对金属材料的性能和应用具有重要影响。
本文将介绍奥氏体的形成过程、性质和应用。
2. 奥氏体的形成过程奥氏体的形成与金属材料的合金成分和冷却速率紧密相关。
当金属合金中含有充分的合金元素时,奥氏体相就会在高温下形成。
通常情况下,金属材料在高温下通过热处理、加热和保温等工艺步骤来形成奥氏体。
关键的因素是合金元素的溶解度和扩散速率。
当材料被迅速冷却后,奥氏体相就可以被保留下来。
3. 奥氏体的性质3.1 结构特点奥氏体具有高度有序的结构,其晶体结构通常为面心立方(FCC)。
在奥氏体相中,铁原子密堆积于晶格中,形成共面排列。
奥氏体晶格中晶体间距较大,存在较大的空隙,使其具有较低的密度。
3.2 机械性能奥氏体相具有较高的硬度和强度,但其塑性较低。
这是因为奥氏体相中原子排列较为有序,固定结构限制了原子的运动和排列方式。
因此,奥氏体相通常是脆硬的。
3.3 热处理性能奥氏体相可通过热处理进行再结晶和回火来改善其热处理性能。
通过加热奥氏体相并保温,原子会发生扩散,导致晶体结构的再排列,从而减小晶格缺陷和内应力。
4. 奥氏体的应用4.1 钢铁工业作为奥氏体相的铁-碳合金被广泛应用于钢铁工业。
通过控制合金中的碳含量、合金元素添加和冷却速率,可以调节奥氏体含量和性能,从而获得不同用途的钢材。
4.2 不锈钢不锈钢是一种重要的金属材料,其主要成分为奥氏体相和其他合金元素。
奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性、强度和韧性,在化工、航空航天、食品加工和医疗器械等领域得到广泛应用。
4.3 合金硬化在一些高性能合金中,奥氏体相用于增强材料的硬度和强度。
通过合金元素的添加和冷却速率的控制,可以在材料中形成高度有序的奥氏体相,有效提高合金的力学性能。
5. 结论奥氏体作为一种重要的金属相,对金属材料的性能和应用具有重要的影响。
奥氏体:奥氏体A或合金元素在γ-Fe中的固溶体。
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形,在奥氏体晶粒内有孪晶。
奥氏体为面心立方结构,碳原子位于奥氏体晶胞八面体的中心,即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。
碳原子在奥氏体中的分布也是不均匀的,存在浓度起伏。
奥氏体的晶格常数随着含碳量的增加而增加,这是碳原子溶入使晶格膨胀的缘故。
当奥氏体中含有合金元素时,大多数合金元素如Mn,Cr,Ni,Co,Si等,在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。
奥氏体的特点:1,A是最密排的点阵结构,致密度高,故A的质量体积最小。
转变成M形式时,体积膨胀2,点阵滑移系多,故A的塑性好,屈服强度低,易于加工变形3,A是高温相,在室温下不稳定,但在钢中加入足够多的扩大γ-Fe相区的化学元素,则可使A稳定在室温4。
A具有顺磁性5,A的导热性差,线膨胀系数最大,故可用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
奥氏体形成过程:奥氏体的形成是扩散性相变。
分为四个阶段,即1,奥氏体形核,2,晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大3,剩余碳化物溶解4,奥氏体成分均匀化。
奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。
奥氏体的形成速度取决于形核率N和长大速度vg。
温度越高,晶粒越细。
影响A形成速度的因素:一切影响A形核率和增大素的的因素都影响奥氏体的形成速度。
1.,加热温度:(1)奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增大。
转变孕育期变短,相应的转变终了时间也变短。
(2)随着奥氏体形成温度升高,形核率增大速度高于长大速度的增长速率。
因此奥氏体形成温度愈高,起始晶粒度愈小(3)随着奥氏体形成温度升高,奥氏体相界面向铁素体的推移速度与向渗碳体的推移速度之比增大。
当奥氏体将铁素体全部溶解时,剩下的渗碳体量增多。
2,钢中含碳量和原始组织的影响:(1)钢中含碳量愈高,奥氏体形成速度愈快(2.)钢的原始组织愈细,奥氏体形成速度愈快。
3,合金元素的影响:(1)对扩散系数的影响。
强碳化物形成元素,降低碳在奥氏体中的扩散系数,因而减慢奥氏体的形成速度。
描述共析钢的奥氏体化过程,影响奥氏体晶粒大小的因素
共析钢的奥氏体化过程是指共析钢中的铁碳合金在冷却过程中发生相变,从而形成奥氏体晶粒。
在共析钢的冷却过程中,先是由高温下的奥氏体发生分解,形成初生铁素体和渗碳体。
随着冷却的进行,初生铁素体和渗碳体会发生固溶体转变,形成奥氏体晶粒。
影响奥氏体晶粒大小的因素主要有以下几个:
1. 冷却速度:冷却速度越快,奥氏体晶粒越细小。
快速冷却能够抑制铁素体的生长,从而减小奥氏体晶粒尺寸。
2. 碳含量:碳含量越高,奥氏体晶粒越大。
高碳铁素体在共析钢中会转变为奥氏体,因此,高碳量会使奥氏体晶粒尺寸增大。
3. 合金元素:合金元素的添加可以影响奥氏体晶粒的形成。
一些合金元素,如铌、钒、钛,能够抑制铁素体的生长,使奥氏体晶粒尺寸减小。
4. 热处理工艺:调整共析钢的热处理工艺,如控制加热温度、保温时间等,可以影响奥氏体晶粒的大小。
总的来说,奥氏体晶粒的大小是通过控制冷却速度、碳含量、合金元素和热处理工艺等因素来实现的。
较细小的奥氏体晶粒通常具有更好的力学性能和韧性。
奥氏体的稳定化介绍奥氏体是一种重要的金属组织结构,在材料学中具有广泛的应用。
它具有优良的力学性能和良好的耐热性,是许多高强度和高温材料的主要组织相之一、奥氏体的稳定化是指在合适的条件下让奥氏体组织保持在材料中的过程。
下面将详细介绍奥氏体的稳定化过程和影响因素。
首先,奥氏体的形成是由于钢中的碳原子溶解在铁基体中所形成的一种细小的面心立方结构。
奥氏体的稳定性取决于温度和碳含量两个因素。
在正常温度下,碳原子会重新溶解在铁基体中,使奥氏体转变为其他的组织结构。
因此,为了稳定奥氏体,需要通过控制温度和碳含量来延长其存在时间。
其次,稳定化奥氏体的方法有多种。
其中最常用的方法是通过淬火和回火的热处理过程来实现。
淬火是将钢材加热到临界温度并迅速冷却,将奥氏体保持在组织中。
回火是在适当的温度下对淬火后的材料进行加热处理,以减轻内部应力和改善材料的硬度和韧性。
这种热处理过程可以使奥氏体稳定在材料中,提高材料的力学性能。
除了热处理过程,合金元素的添加也是稳定奥氏体的重要方式之一、通过合金元素的添加,可以改变钢中的碳浓度和晶体结构,使奥氏体的形成和保持更加稳定。
例如,添加铬、钼等元素可以抑制奥氏体向其他相转变的过程,使奥氏体得以稳定存在。
此外,通过合金元素的添加还可以调节材料的强度、韧性和耐热性等性能。
此外,冷处理也是稳定奥氏体的一种方式。
冷处理是指在低于室温的条件下对材料进行加工和变形,使奥氏体的组织结构变得更加稳定。
这种方法常常应用于高强度钢材的制备过程中。
最后,奥氏体稳定化的效果受到多种因素的影响。
首先,温度对奥氏体的稳定性起着决定性的作用。
较高的温度会促使奥氏体向其他相转变,而较低的温度则可以延长奥氏体的存在时间。
其次,碳含量也会影响奥氏体的稳定性。
碳含量较高会促使奥氏体向其他组织结构转变,而碳含量较低则有利于奥氏体的稳定。
综上所述,奥氏体的稳定化是通过合适的热处理过程、合金元素的添加以及冷处理等方式来实现的。
亚共析钢奥氏体化过程1. 引言亚共析钢是一种重要的金属材料,具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。
其中,奥氏体是亚共析钢中最主要的组织相。
本文将详细介绍亚共析钢奥氏体化过程,包括奥氏体的形成机制、影响因素以及相变过程等内容。
2. 奥氏体的形成机制奥氏体是一种由铁原子组成的晶体结构,具有面心立方(fcc)的晶格结构。
在亚共析钢中,奥氏体的形成主要通过两种机制:固溶和相变。
2.1 固溶机制固溶是指当固体中的溶质原子溶解在溶剂原子之间时,形成一种固溶体。
在亚共析钢中,固溶机制是奥氏体形成的主要机制之一。
在高温下,合金中的合金元素会溶解在铁基体中,形成固溶体。
随着温度的降低,固溶体逐渐冷却并变得稳定,形成奥氏体。
2.2 相变机制相变是指物质由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
在亚共析钢中,相变机制也是奥氏体形成的重要机制之一。
当合金中的某些合金元素的浓度超过了其固溶度时,会发生相变。
相变过程中,原有的晶体结构会破坏,新的晶体结构会形成。
在亚共析钢中,奥氏体相变通常发生在冷却过程中。
3. 影响奥氏体形成的因素奥氏体的形成受到多种因素的影响,包括合金元素的成分、冷却速率、加热温度等。
3.1 合金元素的成分合金元素的成分是影响奥氏体形成的关键因素之一。
不同的合金元素对奥氏体的形成有着不同的影响。
例如,镍、铬、钼等元素可以提高奥氏体的稳定性,促进奥氏体的形成。
而碳、氮等元素则会降低奥氏体的稳定性,抑制奥氏体的形成。
3.2 冷却速率冷却速率是影响奥氏体形成的另一个重要因素。
较快的冷却速率可以促进奥氏体的形成,而较慢的冷却速率则会抑制奥氏体的形成。
这是因为较快的冷却速率会限制溶质元素的扩散,使其无法充分固溶在基体中,从而促进奥氏体的形成。
3.3 加热温度加热温度也会对奥氏体形成产生影响。
较高的加热温度可以提高奥氏体的形成速度,而较低的加热温度则会减缓奥氏体的形成速度。
这是因为较高的温度可以增加合金元素的扩散速率,使其更容易固溶在基体中。
共析钢奥氏体化过程共析钢是一种由多种组成不同的相组成的材料。
其中主要的组成相是铁素体和奥氏体。
在共析钢中,铁素体的含量通常高于奥氏体的含量。
在这种情况下,当共析钢受到热处理时,奥氏体的含量将增加。
这个过程被称为奥氏体化。
奥氏体化是一个复杂的热处理过程,它涉及到多个因素。
在这里,我们将讨论奥氏体化过程以及影响该过程的因素。
奥氏体化是通过对共析钢进行加热和冷却来实现的。
该过程包括以下步骤:1. 加热:将共析钢加热到适当的温度。
这个温度通常在820-900摄氏度之间。
2. 保温:在达到适当温度后,将共析钢保持在该温度下一段时间,以使组织发生变化。
这个时间通常在几分钟到几个小时不等。
3. 冷却:将共析钢冷却至室温。
冷却速度的快慢取决于所需的奥氏体含量以及要求的性能。
这个过程将铁素体中的一部分转变为奥氏体。
在加热过程中,原先平衡的铁素体、渗碳体-s和渗碳体-a逐渐向奥氏体转变,直到达到新的热平衡状态。
因此,奥氏体化是一个热平衡过程,直到整个过程达到平衡状态。
影响奥氏体化的因素奥氏体化的效果取决于多个因素。
以下是影响奥氏体化的因素:1. 加热温度:加热温度是最重要的影响因素。
一般情况下,奥氏体化所需的加热温度越高,铁素体向奥氏体转化的速率就越快。
但同时过高的加热温度也会影响材料的力学性能。
2. 保温时间:保温时间与加热温度一样重要。
较长的保温时间有助于铁素体向奥氏体的转化,但过长的保温时间会使材料晶粒长大,从而降低材料的韧性。
3. 冷却速度:冷却速度对奥氏体化也有影响。
快速冷却有助于减少奥氏体的尺寸,从而增加材料的硬度,同时也使材料变得脆性。
4. 化学成分:即便是相同的加热条件,不同厂家的共析钢,由于化学成分的差异,奥氏体化的效果也会不同。
因此,在奥氏体化前需要精确控制化学成分。
5. 组织状态:材料的组织状态也会影响奥氏体化。
在铁素体细小、均匀的铸态组织中进行奥氏体化,效果会更好。
总结奥氏体化是共析钢的重要热处理过程之一。
影响奥氏体形成因素
奥氏体的形成是通过形核与长大过程进行的,整个过程受原子扩散所控制。
因此凡是影响扩散、影响形核与长大的一切因素,都会影响奥氏体的形成速度。
链轮高频淬火就是形成奥氏体然后淬火马氏体,最后形成回火马氏体的一个过程,所以研究奥氏体的形成因素,对高频淬火及后续的检验分析淬火马氏体(出现铁素体的量的多少)的等级有本质的关系。
一加热温度和保温时间
上图描述了珠光体向奥氏体的转变过程,将共析钢试样迅速加热到Ac1以上各个不同温度保温,记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间,绘制转变温度和时间坐标如图。
分析图,在Ac1以上某一温度保温时,奥氏体并不立即出现,而是保温一段时间后才开始形成,这段时间称为孕育期。
这是由于形成奥氏体晶核需要原子的扩散,而扩散需要一定
的时间。
随着加热温度的提高,原子扩散速率急剧加快,相变驱动力ΔGv迅速增加以及奥氏体中碳的浓度梯度显著增大,使奥氏体的形核率和长大速度大大增加,故转变的孕育期和转变完成所需要时间也显著缩短,即奥氏体的形成速度越快。
在影响奥氏体形成速度的诸多因素中,温度的作用最为显著。
因此,控制奥氏体的形成温度至关重要。
在较低的温度(在Ac1线上某一温度)长时间加热和较高温度下短时间加热都可以得到相同的奥氏体状态。
在生产中,连续加热过程中,奥氏体等温转变的基本规律不变。
如图,在不同的加热速度(v1、v2),可以观察出连续加热条件下奥氏体形成的基本规律。
加热速度越快,孕育期越短,奥氏体开始转变的温度和转变的终了温度越高,转变终了所需要的时间越短。
加热速度越慢,转变将在较低温度下进行。
二原始组织的影响
钢的原始组织为片状珠光体时,铁素体和渗碳体组织越细,相界面越多,奥氏体的形核越多,晶核长大越快,因此,加速奥氏体的形成。
如共析钢的原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时,则等温奥氏体化曲线如下图:
不同原始组织共析钢等温奥氏体曲线。
1淬火太 2正火态 3球化退火态
每组曲线的左边一条是转变开始线,右边一条是转变终了线,奥氏体化最快的是淬火状态的钢,其次是正火态的钢,最慢的是球化退火态的钢。
原因分析:淬火态钢在A1点以上升温过程中已经分解为微细的片状珠光体,组织最为弥散,相界面最多,最利于奥氏体的形核和长大,所以转变最快。
正火态的细片珠光体,相界面也多,所以转变也很快。
球化退火态的粒状珠光体,相界面最少,因此,奥氏体化最慢。
三化学成分的影响
因为我们链轮用的是45钢,所以这条对我们链轮意义不大,不过可应用到其他领域。
1碳
钢中碳的含量对奥氏体的形成速度有很大的影响。
解释:钢中的含碳量越高,原始组织中的渗碳体就越多,铁素体和渗碳体的相界面就越多,奥氏体形核率增大。
碳含量越高,奥氏体中碳的扩散速度就越大,增加了奥氏体的长大速度。
2合金元素
合金元素影响主要有以下几个方面。
首先,合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度。
非碳化物Co和Ni能提高碳在奥氏体中的扩散速度,故而加速了奥氏体的形成速度。
Si、Al、Mn等元素对碳在奥氏体中的扩散能力影响不大。
而Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素显著降低碳在奥氏体中的扩散速度,故大大减慢奥氏体的形成速度。
其次,合金元素改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度,于是就改变了钢的过热度和碳在奥氏体中的扩散速度,从而影响奥氏体的形成过程。
此外,钢中的合金元素在铁素体和碳化物中的分布是不均匀的,在平衡组织中,碳化物形成元素集中在碳化物中,而非碳化物形成元素的集中在铁素体中。
因此,奥氏体形成后碳和合金元素在奥氏体中的分布是不均匀的,合金钢中除了碳的均匀化以外,还有一个合金元素均匀化的过程。
在相同条件下,合金元素在奥氏体中扩散的速度比碳在奥氏体中扩散的速度小的多。
因此,合金钢奥氏体均匀化时间要比碳钢长的多。
奥氏体晶粒的大小及影响因素
晶粒度就是我们链轮检验过程中的淬火马氏体的等级出现过热显现的根本原因,如1-2级,属于晶粒度长的极大。
所以研究晶粒长的原因,对于分析淬火马氏体过热有直接关系。
晶粒大小对热处理性能的影响:一般来说,奥氏体晶粒越细小,钢热处理后的强度就越高,塑性就越好,冲击韧度越高。
奥氏体晶粒粗大,将显著降低钢的冲击韧度,减少裂纹扩展功和提高脆性转折温度,淬火变形和开裂倾向增大。
尤其晶粒大小不均匀时,还显著降低钢的结构强度,引起应力集中,易产生脆性断裂等。
下面分析影响晶粒度的几个关键因素的:
1加热温度和保温时间的影响
由于奥氏体晶粒长大和原子扩散有密切关系,所以加热温度越高,保温时间越长,晶粒越粗大。
其中加热温度对晶粒的影响最为关键。
2加热速度的影响
加热温度相同时,加热速度越快,过热度越大,奥氏体的实际形成温度越高,形核率增加大于长大速度,使奥氏体晶粒越细小,这也是我们高频淬火的本质理论和意义。
在生产上体现就是快速度加热短时间保温工艺来获得超细的晶粒---高频淬火工艺的核心。
3钢的化学成分的影响
随着奥氏体含碳量的增加,碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增加,晶粒长大倾向增大。
但当碳含量超过一定的量后,碳能以未溶碳化物的形式存在,奥氏体晶粒长大收到第二相的阻碍作用,反而使奥氏体的晶粒长大倾向减小,这里我们用的是45钢,不对高碳做过多的分析。
(基本理论就是细粒状渗碳体的存在,可以得到细小的晶粒)4原始组织的影响
钢的原始组织越细,碳化物的弥散度越大,奥氏体的晶粒越细小。
拿链轮对比分析一下,普通退火态的链轮是粗珠光体和铁素体组织。
正火态是细珠光体组织。
调质属于超细珠光体组织(颗粒或者球状珠光体)。
在相同的加热条件下,与粗珠光体相比,细珠光体总是易于获得细小均匀的奥氏体晶粒度,和球状珠光体相比,细片珠光体(正火态)片状珠光体在加热时奥氏体晶粒易于长大和粗化,因为片状碳化物表面积大,溶
解快,奥氏体形成速度也快,奥氏体形成后较早的进入晶粒长大阶段。
对于原始组织为平衡组织的钢,如果采用快速加热、短时间保温的工艺方法(即我们的高频淬火工艺),或者多次快速加热-冷却的方法(有待利用和研究),便可获得非常细小的奥氏体晶粒,从而提升淬火后的机械性能、耐磨性等等等等。
时间有限,本来还有一部分关于冷却时转变及控制的理论整理,时间仓促,先整理这么多,后续时间再补充完整。
以上数据及理论仅供参考。
检测中心张孟九
2015年8月15号。