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金属材料扯淡时间(四)

  • 牛牛0322
    2017/05/26
  • 私聊

金相显微镜

  • (本文为无敌大冰冰老师原创,感谢老师的分享)
    书接上文,奥氏体化的过程是能量造成的结构平衡改变的过程,那么奥氏体化之后怎么发展呢?有人在分析热处理或者材料性能的时候有个误区,那就是如果热处理过了奥氏体化温度,比如说Ac3,就理想的认为全部奥氏体化了,钢种的所有元素都均匀了,重整河山啊~~待后生。。实际上没有考虑时间的问题,也有人根据尺寸算奥氏体化时间,比如10mm厚的材料50分钟就ok了,这在工业上本身没有错,在有效的基础上以最短的时间提高效率,同时减少因氧化而造成的一系列问题。
    但在道理上,不能将温度到了,时间够了就觉得一切ok了,就觉得已经重整河山了,和最终的性能无关了。有心人通过不同的奥氏体化温度和时间进行试验来对比产品的性能,开始是力学性能比如屈服强度,后来研究硬度变化,从而研究屈强比(硬度和抗拉强度有一定关系),再然后研究抗腐蚀等其他性能与热处理的关系,再然后控制残余应力、控制强度稳定性、控制冲击韧性稳定性,甚至控制韧脆转变(凡是认为韧脆转变只和成分有关的都是流氓!),通过系列的试验,发现热处理是门学问,当然,热处理的学问大框架上更为广泛,仅仅通过温度时间来控制只是冰山一角,但已经学问不小了。可是这里面的玄机是什么呢?




    扯扯奥氏体化的过程,开始形核(原始状态容易形核的地方,如晶界交叉的地方)、C的扩散、合金的扩散、结构趋于面心、均匀化过程中、结构趋于稳定面心、形成奥氏体初始晶粒、晶粒内均匀化、部分晶界消失、奥氏体晶粒长大、继续均匀化、停止加热、开始冷却。基本上就是这个步骤。
    这里涉及到几个关键点,首先是形核,第一次扯淡的时候就说过,任何改变总是发生在最容易改变的地方,晶界有大量的空位可以任由各类原子动来动去,形核的根本是有序化的开始,原来相对无序的晶界因为容易移动而成为有序化的开始。大量空地开发房地产永远比市中心的窝棚区容易的多!因此!形核量的多少是决定奥氏体初始晶粒度的决定因素,换句话说,材料在热处理前的状态会直接影响奥氏体化后的状态,二次热处理晶粒更细就是这个道理。搞材料也要讲因果报应的!!
    材料随着加热速度的不同,形核量是不同的,国家一下子投入了4万亿,那建筑行业、铁路行业遍地生花,拦都拦不住,要不能量没地方放啊。你慢慢悠悠的零存整取,那只能一年买个厕所的状态慢慢形核了。二伯当年玩感应热处理的时候随便得到的晶粒细的感动到哭啊!!不就因为加热速度快么。

    形核也就是C和合金开始扩散的过程,C相对扩散更快更广,学术上可以用扩散系数来解释,扩散系数通俗讲无非就是在某个浓度梯度下,你经过一个界面的量,量越大越好扩散。和饭馆道理差不多,菜量大的我就喜欢去,没有理由!但二伯非常抵触用一个名词解释另一个名词这种牵强的做法。
    C容易扩散的原因就是它比别的原子小,能在胡同里面钻来钻去!!晚上7点钟的北京二环路铬钼钒等汽车挤得一塌糊涂,前进的方式往往要靠技术超过另一辆车占据更接近家的位置,而C的小黄车来去自由啊。另一个容易扩散的原因是原子间结合力低,自由状态下容易跑啊,太容易出轨了!于是在其他合金目视下C最先趋近均匀化。当然这样说只是比喻啊,因为有些碳化物还是很顽强的,经过了热处理过程,它没有变!就是说它没有溶解也没有扩散,所以奥氏体化后碳化物或者说析出相都溶解进奥氏体这种说法打死你也不能信啊!
    小原子如C、N、H、O等都在材料体内乱窜是因为小,大部分合金元素特别是和Fe体积差不多(原子量差不多)的汽车就只能乖乖的通过置换扩散了,在材料的世界里,不管你是不是电动的,都要排号!都要抽签!至于扩散的程度就要看扩散系数。。啊呸,要看你的相对体积和被束缚力了,也就是体型和能量了,于是邻居美女的smart钻来钻去的好快啊,那些载重30吨的大货有心无力慢慢踩离合玩吧;于是都是小型车,兰博基尼嗡嗡的飞啸而去,二伯的N手夏利只能流着口水一步一蹭。





    奥氏体初始晶粒随着扩散的进行而形成,这时候能量仍然没有停止供给,于是开始长大,也就是部分奥氏体初始晶界要消失。根据成分的不同(也就是参与扩散的合金不同)部分晶界要不要消失,奥氏体晶粒要不要长大是个问题!材料人都听过本质粗晶粒钢、本质细晶粒钢。。。也听过那首SHE的《不要长大》
    我不想我不想不想长大
    长大后世界就没童话
    我不想我不想不想长大
    我宁愿永远都笨又傻。。。。。。
    咳咳,奥氏体长大的过程就是部分晶界消失的过程。本来两个奥氏体晶粒相遇,交界面上由于道不同而无法再有序连接,形成晶界。我这里再重复一下晶界的概念,算了,还是看图吧。


    晶界上都是求同存异的,奥氏体长大的过程就是有足够的能量使这些无序化的晶界有序化了,老大一声令下dayuejin!就问你服不服?或者是看似有序化了,比如以亚晶界存在,你不能说它是两个晶粒了,它已经可以看作一个了,于是晶界消失,奥氏体晶粒合并,宏观上看它长大了,仔细看是两个人穿一件衣服冒充胖子。网上有奥氏体长大的视频,建议大家看看,虽然是微观世界,但足以让人震撼,二伯曾经看过一个大汉王朝扩展的版图flash,那叫一个人挡杀人佛挡杀佛!!
    如果有足够的能量和时间,所有的奥氏体晶粒都会长大!!所谓本质粗、细晶粒钢的叫法是有前提的,是在一定的环境下奥氏体晶粒长大的趋势,因此不能混淆概念,不是说本质细晶粒钢就不长大,晶粒就不会合并,只是长大的难度比较大而已。
    奥氏体晶粒的长大怎么理解呢,要从反的方向看更为易懂。也就是说容易长大的是因为它的阻力更小,不容易长大的是因为阻力大!!阻力在哪里,从晶粒长大的过程就能看到,就在晶界的力量!就看把守晶界的是哪路神仙。

    两个晶粒相遇,小原子就不说了,大个的家伙如果都是Fe,大家一家人其乐融融就合并了,你非要弄个法西斯和犹太,那就水火不容了。额。。。晶界的道理还不仅是这些啊,重点在碳化物!!!二伯搞透射电镜的时候见过太多的晶界碳化物,可以说晶界上都是这玩意,上面你们看的晶界图太美化了。说到晶界碳化物有人问了,奥氏体化不是把碳化物都融了么,你这里又说什么意思? 你前面绝对没有好好学习!
    小朋友你们也不要被纯铁素体转变为奥氏体的视频误导,觉得奥氏体长大就是简单的晶界消失,哈哈哈!碳化物可以单独写一本书,所以这里不细说了(没错,你猜到了,二伯说不明白),继续讲道理。
    插播一下常识:合金和C会形成碳化物,同样状态下形成是有顺序的,材料人都学过课本,知道强碳化物形成元素、弱碳化物形成因素和不与C形成碳化物的元素,why?why?why?The answer my friend is blowing in the wind......容易形成碳化物的元素电子外层是不满的!!!越不满越容易和C结合。

    外层电子这个概念。。。念过高中的你我就不解释了吧。研究一下元素周期表,看看外层电子数,大概你就知道那些和C容易结合了,回头你再看看钢的成分,一目了然了吧。至于和奥氏体长大的关系,下次再扯。
    +关注 私聊
  • vm88

    第1楼2017/05/26

    文章高大上,看不懂。

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    +关注 私聊
  • fengyonghe

    第2楼2017/07/07

    不必认真,这一节他就是戏说和妄议!

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