性能也发生对应变化。
回复:经冷加工的材料在在小于0.4Tm (以K表示)以下的温度保温, 这时材料发生点缺陷消失,位错重排,应力下降的过程为回复。
变化:宏观应力(第一类应力)基本消除,但微观应力(第二、第三类)仍然残存。力学性质,如强度没有明显变化。
再结晶:当加热温度达到0.4Tm以上,晶粒形状开始发生变化,在亚晶界或晶界处形成了新的结晶核心,并不断以等轴晶形式生长,取代被拉长及破碎的旧晶粒,这一过程称为再结晶。 变化:强度和硬度明显下降,塑韧性提高,加工硬化现象消除 。新晶粒形核和长大,替代旧晶粒。位错大量消失 。
特点:1) 再结晶不是一个相变过程。因为在结晶前后的结构和成分没有明显变化。它只是一个形态上的变化。(物理过程) 。 2)再结晶没有一个确定的温度,当T>0.4Tm即可发生再结晶过程。 概念:冷加工:在再结晶温度以下进行塑性变形 热加工:在再结晶温度以上进行塑性变形
区别:冷加工:加工硬化,晶粒变形
热加工:加工硬化和再结晶过程同时发生,加工硬化消失
金属材料的强度和硬度会随温度的上升而下降,塑性会随温度的升高而升高,因此在较高的温度下进行塑性变形,材料的抗力小,易成型。
热加工的影响:
1、 提高致密度:热加工可使铸件的缩松和气泡焊合,提高材料的致密度,提高材料性能。 2、 细化晶粒:热加工可以打碎铸件粗大的枝晶和柱状晶,细化晶粒尺寸。
3、 形成合理的纤维组织:各种可变形的夹杂物会沿形变方向拉长,呈流线分布,从而造成
各向异性。在流线方向,性能较好,而在垂直于流线方向上性能相对较差 强化金属的基本原理和方法 塑性变形的本质是位错的滑移
细晶强化
依靠晶界阻止位错运动。晶粒愈小,强度愈高。ζs=ζ0+Kd-1/2 (Hall-patch 关系式) 固溶强化
形成固溶体 由于溶质原子与溶剂原子在尺寸和性质上的不同,固溶原子引起晶格畸变,产生应力场阻止位错运动。 加工硬化
进行冷加工,使材料位错密度增加,发生缠结,阻碍位错运动。 弥散强化
在基体中形成弥散分布的第二相质点,阻碍位错运动。有时称为沉淀强化。 第六章
为了对钢进行热处理,必须首先将钢加热到单相A区,然后进行适当的冷却以获得特定的结构和性能。
固态相变同样需要一定的过冷度(降温)或过热度(升温),因此,加热转变实际发生温度在平衡临界点之上,而冷却转变的实际发生温度在平衡临界点之下。 Ac1、Ac3、、Accm为升温引起的奥氏体化温度上移线 Ar1、Ar3和Arcm则为降温时奥氏体分解温度的下移线 A1、A3、Acm、为平衡条件下合金获得奥氏体的温度线。
奥氏体化过程
以共析钢(Wc=0.77%)为例,共析钢在室温下的组织为层片珠光体,在加热到Ac1以上,其将转变为A,这一过程称为奥氏体化,这一过程是形核与长大过程 。
两个过程:晶格变化;C的扩散
1. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心;
2. 奥氏体同时消耗两相来长大;F晶格转变(BCC?FCC),渗C体溶解; 3. 随后残余渗碳体的溶解;
4. 奥氏体的均匀化,各处的碳浓度都达到平均成分。
实际晶粒度:指在某一具体热处理条件下(如加热温度、保温时间)所得到的晶粒大小。它决定于钢的成分和奥氏体化的工艺过程。
本质晶粒度:不同的钢在同样的加热条件下,奥氏体的长大倾向性不一样,为比较不同钢的
晶粒长大倾向,将不同的钢加热到930±10℃,保温8小时得到的实际晶粒度作为该钢的本质晶粒度。本质晶粒度是一材料特性,表示的是钢在奥氏体化时奥氏体晶粒的长大倾向。 等温冷却:将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度,使奥氏体保持在该温度下进行等温转变
TTT曲线(Temperature-Time—Transformation):在某一温度下A转变量与时间的关系的曲线。
连续冷却:将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温),使奥氏体在连续降温的过程中转变。 CCT 曲线(Continuous Cooling Transformation):在连续冷却过程中,A转变量与时间的关系曲线。
过冷奥氏体等温转变图,也称 TTT曲线,或C曲线。它综合反映了过冷奥氏体在不同温度下等温转变的开始和终了时间及转变产物之间的关系。
钢在奥氏体化后,当温度降低到Ar1以下,此时奥氏体并不立即转变,要经历一段时间后,才开始转变。把这种存在于Ar1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。 C曲线特征:
(1) 在Ar1线温度以上,奥氏体稳定,不会发生转变。
(2)在Ar1线以下,C曲线以左区域为过冷A区,转变终了线以右的区域为转变产物区,两条线之间为转变过渡区。
(3)不同温度等温对应的孕育期不同,在C曲线“鼻尖”处的孕育期最短,鼻尖以上(Ar1以下),随温度↓→孕育期↓,因为形核驱动力大,但在鼻尖以下,随温度↓→孕育期↑这是因为尽管驱动力大,但原子扩散缓慢(受温度影响)。
(4)当冷速很快,绕过C曲线的鼻尖,奥氏体快速冷却到 Ms以下,则发生马氏体转变,Ms为马氏体转变开始线,Mf为马氏体转变终了线,两线之间为奥氏体+马氏体两相混合区。
珠光体型转变区 温度:Ar1-550℃
依据F/Fe3C的片层大小,分为:
珠光体(粗),索氏体(细),屈氏体(托氏体)(很细)
贝氏体型转变区(中温转变区)
根据转变温度的高低,贝氏体转变又分为:
上贝氏体转变 ( “鼻尖”到350℃) 下贝氏体转变 (350℃到 MS 点) 名 称 符 号 形 成 温 度 形 貌 性能
上贝氏体 B上 550 ℃~350 ℃ 羽毛状 HRC40~50, 韧性差 下贝氏体 B下 350 ℃~Ms 竹叶状 HRC50~55, 韧性好 B下具有优良的综合力学性能,生产实践中应用于要求高 强韧性的工件(如模具等)
马氏体型转变区(针对共析钢)
决定于奥氏体的含碳量:
● C> 1.0 wt%: 形成针状马氏体 M针; ● C< 0.2 wt%: 形成板条状马氏体 M板条; ● 0.2wt%<C<1.0wt%: 形成混合马氏体。
低碳马氏体性能:
具有较高的强度和韧性,即良好的综合力学性能。如0.2%C钢淬火后,HRC50、 ?b=1500MPa、 ak=150-180J/cm。 高碳马氏体性能:
片状马氏体具有高的硬度和强度 ( HRC 60),但塑性和韧性很低( ak= 1J/cm2) 不管是板条马氏体还是片状马氏体,都具有相当高的硬度 (>HRC50),其原因是: C在F中的过饱和固溶→晶格畸变→固溶强化→高硬度。 对C曲线的影响:
C含量:
亚共析钢: 随着含碳量的增加,C曲线右移 过共析钢: 随着含碳量的增加,C曲线左移 加热温度和保温时间:
T↑,t↑→ Fe3C溶解充分,晶粒粗大(晶界减小)→A稳定 → C曲线右移 合金元素:除Co以外,几乎所有元素都会使C曲线右移
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