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热处理原理及工艺8 讲解

?若提高T0的作用大时,则使Ms点升高,如Al、Co ; ?若强化奥氏体的作用大时,则使Ms点降低;
?若两方面作用大致相当时,则对Ms的影响不大,如 Si 。
2、奥氏体化条件对 Ms的影响
? 一般,不完全奥氏体化,提高加热温度和保温时间, 将使奥氏体中碳和合金元素含量增加,使 Ms降低 ? 完全奥氏体化条件下,温度高时间长,将因马氏体相 变阻力减小,使 Ms 有所提高(约在几度到几十度范围内)
? 因新相与母相 比体积不同 和维持切变而引起的弹性应变 能。
? 产生宏观均匀切变而作的功。 ? 产生微观不均匀切变 而在马氏体内形成的高密度位错或
孪晶所消耗的能量。 ? 近邻奥氏体基体发生的协作形变而作的功。
?马氏体相变热滞大是由于切变特性而引起额外能量消耗造 成的。
2 、T0、Ms、As之间的关系:
3、冷却速度的影响
基本条件:冷却速度>v临时,奥氏体才能过冷到Ms点以下转变 为马氏体。
?在一般生产条件下,冷却速度对Ms无影响。
?若进一步提高冷速,则 Ms点也会发生变化。如对于 Fe-0.5C2.05Ni合金,当冷却速度超过104℃/s 时,Ms点才将上升
原因:
?正常淬火条件下,C原子偏聚倾向随温度降低 扩散能力减弱而逐渐增大,其对 A有强化作用, Ms降低;而A中C降低,Ms升高。 故Ms稳定 ?冷速极快时,则抑制了“碳原子气团”的形成, 使A弱化,降低M相变阻力,Ms↑。 ?冷速足够大时,气团被完全抑制, Ms点不再 随冷速变化。
1、奥氏体化学成份的影响 (1)碳的影响
(2)合金元素的影响 ? 一般规律: 钢中常见的合 金元素,除 Al和Co可以提高 Ms 外,其它合金元素均使Ms 降低。 ? 降低 Ms 点的元素,按其影 响的强烈顺序排列如下:
Mn 、Cr 、 Ni、 Mo 、Cu 、 W、V、Ti ? 钢中单独加入 Si 时,对 Ms 影响不大,但是在 Ni-Cr 钢中可 以降低钢的Ms点。
§5-5 马氏体转变动力学
形核 和 长大 一、马氏体的降温形成(变温瞬时形核、瞬时长大)
碳钢和低合金钢中最常见的一种马氏体转变。 1.动力学特点 ?多数M转变必须在连续不断的降温过程中才能进行,瞬时 形核,瞬时长大,形核后以极大的速度长大到极限尺寸, ? 相变时M量的增加是由于降温过程中 新马氏体片的形成, 而不是已有M片的长大。等温停留转变立即停止。
?逆转变与冷却时的刚好相反,需 过热度 ,逆转变是在升温过程中 进行的。 As与Ms之差视合金的 种类不同而不同。
为什么钢的马氏体相变所以热滞如此之大?
? 一般相变理论的能量方程
ΔG=-ΔGV+ΔGS+ΔGE ?相变驱动力来自于M与A的单位体积自由能之差, ?相变阻力来自: (1)形成新的界面而消耗界面ห้องสมุดไป่ตู้ΔGS (2)弹性能ΔGE主要分以下几方面:
T0 、 Ms 、 As 都是合金 成 分的函数,不同的合金系
As-Ms 之差不同,例如, FeNi 合金中 As 较 Ms 高 420℃, Au-Cd 合 金 中 As 较 Ms 仅 高 16℃。
3、形变诱发马氏体转变
? 实验证明: ? Ms和As之间的温度差可以因为引入塑性变形而减小。 ? 如果在Ms点以上对奥氏体进行塑性变形 会诱发马氏体转 变而引起Ms点升高达到Md点,同样塑性变形也可以使 As下 降到Ad点。
4、形变的影响
在Md 、Ms之间对奥氏体进行塑性变形,可使Ms升 高,马氏体转变提前发生。
获得相同的M转变量,形变温度越低,需要的形变量越小
5、应力的影响
? 单向的拉应力和压应力都促进马氏体转变,使 Ms升高。
? 多向压应力阻碍马氏体转变,使Ms降低。
6、磁场的影响
磁场的存在可使 Ms 升高 ,在相同温度 下马氏体转变量增加, 但磁场对 Ms 以下的转 变行为无影响。
Ms=A-x1C-x2Mn-x3Ni-x4Cr….
? 合金元素的影响Ms点的原因:
主要取决于合金元素对 平衡温度T0的影响及对奥氏体的强 化效应。
? 凡强烈降低 T0及强化奥氏体的元素,就强烈降低 Ms , 如Mn 、Cr 、Ni、Cu 和C类似,既降低T0温度,又稍增加奥 氏体的屈服强度,所以降低Ms点。 ? Al、Co、Si、Mo、W、V、Ti等均提高T0温度,但也不 同程度地增加奥氏体屈服强度,
? Ad点的物理意义是可获得形变奥氏体的最低温度。 ? 马氏体相变的热力学, Md的上限温度为 T0 ,而Ad的 下限温度也为 T0。实验证明 ,Co-Ni合金中 Md和Ad可以重 合,即 Md=Ad=T0。如果某合金系中Md和Ad不重合时,则可 取: T0=1/2(Md+Ad)。
?形变诱发马氏体转变的原因 :
形变能为相变提供一定的能量 ?如果形变能量与化学驱动力 相互作用,能够达到相变所需 的最小驱动力,则相变就可以 提前发生。形变所提供的能量, 称为机械驱动力。
?若机械驱动力可全部代替化 学驱动力,Md 点已上升到T0 , 但这要求一种合适的变形方式 , 以提供足够的机械驱动力。
二、影响钢Ms点的因素
A与M自由能随温度的变化
?Ms的物理意义 母相和马氏体两相之间的自由能之差达到相变所需的最
小驱动力值时的温度。
?马氏体转变热滞代表所需的驱动 力,取决于 马氏体转变时增加的 界面能 (M/A界面共格,故较小) 和弹性能 之和。其中 弹性能是主 要影响因素。
?热滞的大小,视合金的种类和合 金的成份而异, Fe系合金的热滞 可高达 200℃以上 ,而有的合金, 其热滞仅十几度到几十摄氏度, 例如:Au-Cd 、Ag-Cd 。
? Md, Ad分别称为形变马氏体点和形变奥氏体点 。因为形变 诱发马氏体转变而产生的马氏体 ,常称为形变马氏体,同样形变 诱发马氏体逆转变而产生的奥氏体,称为 形变奥氏体。
?Md、Ad点的物理意义 :
? Md 可获得形变马氏体的 最高温度 ,若在高于 Md点的温 度对 A 进行塑性变形,就会失去诱发马氏体转变的作用。
热处理原理及工艺 (8)
§5-4马氏体转变的热力学 一、马氏体转变的热力学条件
1、相变驱动力
?马氏体转变与其它类型的转变有 许多不同之处,但仍然是热学性的, 即相变的驱动力仍是马氏体与母相 之间的自由能之差。
?马氏体转变的热力学条件是必须 在一定的过冷度下转变才能进行。
通常把 Ms与T0之差称为 马氏体 转变的热滞
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