第三章 鋼的熱處理

1、第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.3 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理3.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理3.5 影響熱處理件的質(zhì)量因素影響熱處理件的質(zhì)量因素3.6 熱處理技術(shù)條件與工序位置熱處理技術(shù)條件與工序位置 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下采用適當?shù)姆绞竭M行鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫加熱、保溫和冷卻，和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 鋼的熱處理的目的在于消除毛坯鋼的熱處理的目的在于消除毛坯(如鑄件、鍛件等如鑄件、鍛件等)中缺陷

2、，中缺陷，改善其工藝性能，為后續(xù)工序作好組織準備改善其工藝性能，為后續(xù)工序作好組織準備;更重要的是熱處理更重要的是熱處理能顯著提高鋼的力學性能，從而充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件能顯著提高鋼的力學性能，從而充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能和使用壽命。因此，熱處理在機械制造工業(yè)中占有十的使用性能和使用壽命。因此，熱處理在機械制造工業(yè)中占有十分重要的地位。分重要的地位。 根據(jù)加熱和冷卻方法不同，常用的熱處理大致分類如下。根據(jù)加熱和冷卻方法不同，常用的熱處理大致分類如下。 (1)整體熱處理對工件進行整體熱處理對工件進行整體穿透加熱整體穿透加熱。常用的方法有。常用的方法有:退退火、正火、淬火、回火

3、等。火、正火、淬火、回火等。下一頁第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理 (2) 表面熱處理對工件表面熱處理對工件表層進行加熱與冷卻表層進行加熱與冷卻，以改變表層的，以改變表層的組織和性能。常用的方法有組織和性能。常用的方法有:感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光加熱表面淬火等。淬火、激光加熱表面淬火等。 (3) 化學熱處理通過化學熱處理通過改變工件表層改變工件表層的化學成分，來改變其組的化學成分，來改變其組織和性能。常用的方法有織和性能。常用的方法有:滲碳、碳氮共滲、滲氮等。滲碳、碳氮共滲、滲氮等。 盡管鋼的熱處理種類很多，但都是由盡管鋼的熱處理種類很多，但都是

4、由加熱、保溫加熱、保溫和和冷卻冷卻三個三個階段組成的，通常用熱處理工藝曲線表示，如階段組成的，通常用熱處理工藝曲線表示，如圖圖3-1所示。因此所示。因此要了解各種熱處理方法對鋼的組織和性能的影響，必須研究鋼在要了解各種熱處理方法對鋼的組織和性能的影響，必須研究鋼在加熱加熱(含保溫含保溫)和冷卻過程中組織變化的規(guī)律。和冷卻過程中組織變化的規(guī)律。上一頁第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理返回 由由fe-fe3c相圖可知，碳鋼在緩慢加熱或冷卻過程中，在相圖可知，碳鋼在緩慢加熱或冷卻過程中，在psk線、線、gs線和線和es線上都要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。因此，任一成分碳線上都要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。因此，任一成分碳鋼的固

5、態(tài)組織轉(zhuǎn)變的相變點，都可由鋼的固態(tài)組織轉(zhuǎn)變的相變點，都可由psk線、線、gs線和線和es線來確線來確定。通常把定。通常把psk線稱為線稱為a1線線;gs線稱為線稱為a3線線;es線稱為人線稱為人acm線。線。而該線上的相變點，則相應(yīng)的用而該線上的相變點，則相應(yīng)的用a1點、點、a3點、點、acm點來表示。點來表示。 應(yīng)當指出，應(yīng)當指出，a1, a3,acm點是平衡相變點，是碳鋼在極其緩點是平衡相變點，是碳鋼在極其緩慢的加熱或冷卻情況下測定的。但在實際生產(chǎn)中，加熱和冷卻速慢的加熱或冷卻情況下測定的。但在實際生產(chǎn)中，加熱和冷卻速度都比較快，因此，鋼的相變過程不可能在平衡相變點進行。加度都比較快，因此

6、，鋼的相變過程不可能在平衡相變點進行。加熱轉(zhuǎn)變在平衡相變點以上進行熱轉(zhuǎn)變在平衡相變點以上進行;冷卻轉(zhuǎn)變在平衡相變點以下進行。冷卻轉(zhuǎn)變在平衡相變點以下進行。 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變下一頁升高和降低的幅度，隨加熱和冷卻速度的增加而增大。為了區(qū)別升高和降低的幅度，隨加熱和冷卻速度的增加而增大。為了區(qū)別于平衡相變點，通常將加熱時的各相變點用式于平衡相變點，通常將加熱時的各相變點用式ac1，ac2，accm表示表示;冷卻時的各相變點用冷卻時的各相變點用ar1，ar3，arcm表示表示如如圖圖3-2為這些為這些相變點在相變點在fe-fe3c相圖上的位置示意圖。相圖上的位置示意圖。

7、 一、鋼的奧氏體化一、鋼的奧氏體化 鋼加熱到鋼加熱到ac1，點以上時會發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，加，點以上時會發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，加熱到熱到ac3和和accm點以上時，便全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，熱處理加熱的點以上時，便全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，熱處理加熱的主要目的就是為了得到奧氏體，因此這種加熱到相變點以上獲得主要目的就是為了得到奧氏體，因此這種加熱到相變點以上獲得奧氏體組織的過程稱為鋼的奧氏體組織的過程稱為鋼的奧氏體化奧氏體化。 1.奧氏體的形成奧氏體的形成 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁 以共析鋼為例，共析鋼在以共析鋼為例，共析鋼在a1點以下全部為珠光體組織，組織點以

8、下全部為珠光體組織，組織中的鐵素體具有體心立方晶格，中的鐵素體具有體心立方晶格，a1點時其點時其wc= 0. 021 8%;滲滲碳體具有復雜晶格，其碳體具有復雜晶格，其wc= 6. 69 %而加熱到而加熱到ac1點以上時，點以上時，珠光體變成具有面心立方晶格的奧氏體，其珠光體變成具有面心立方晶格的奧氏體，其wc=0. 77%。由。由此可見，奧氏體化必須進行晶格的改組和鐵、碳原子的擴散，其此可見，奧氏體化必須進行晶格的改組和鐵、碳原子的擴散，其轉(zhuǎn)變過程遵循形核和長大的基本規(guī)律，并通過以下三個階段來完轉(zhuǎn)變過程遵循形核和長大的基本規(guī)律，并通過以下三個階段來完成。成。 (1)奧氏體晶核的形成和長大奧氏

9、體晶核的形成和長大 實驗證明，奧氏體晶核優(yōu)先在實驗證明，奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體和滲碳體相界面上形成。這是由于相界面處原子排列比較鐵素體和滲碳體相界面上形成。這是由于相界面處原子排列比較紊亂，處于能量較高狀態(tài)紊亂，處于能量較高狀態(tài);且奧氏體的碳的質(zhì)量分數(shù)介于鐵素體且奧氏體的碳的質(zhì)量分數(shù)介于鐵素體和滲碳體之間，故在兩相的相界面上，為奧氏體的形核提供了良和滲碳體之間，故在兩相的相界面上，為奧氏體的形核提供了良好的條件。好的條件。下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 奧氏體晶核形成后，由于它一面與滲碳體相接，另一面與鐵奧氏體晶核形成后，由于它一面與滲碳體相接，另一面與鐵素體相

10、接，因此，奧氏體晶核的長大是相界面往滲碳體與鐵素體素體相接，因此，奧氏體晶核的長大是相界面往滲碳體與鐵素體方向同時推移的過程。它通過鐵、碳原子的打一散，使鄰近的滲方向同時推移的過程。它通過鐵、碳原子的打一散，使鄰近的滲碳體不斷溶解，鐵素體晶格改組成為面心立方晶格來完成的。碳體不斷溶解，鐵素體晶格改組成為面心立方晶格來完成的。 (2)殘余滲碳體的溶解殘余滲碳體的溶解 在奧氏體形成過程中，由于滲碳體在奧氏體形成過程中，由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和碳的質(zhì)量分數(shù)與奧氏體有很大差異，所以當鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)和碳的質(zhì)量分數(shù)與奧氏體有很大差異，所以當鐵素體全部消失后，仍有部分滲碳體尚未溶解，這部分未溶的滲碳體將全部

11、消失后，仍有部分滲碳體尚未溶解，這部分未溶的滲碳體將隨著保溫時間的延長，將逐漸溶人奧氏體中，直至完全消失為止。隨著保溫時間的延長，將逐漸溶人奧氏體中，直至完全消失為止。 (3)奧氏體的均勻化奧氏體的均勻化 殘余奧氏體完全溶解后，奧氏體的碳濃殘余奧氏體完全溶解后，奧氏體的碳濃度是不均勻的，在原滲碳體處碳濃度較高，而原鐵素體處碳濃度度是不均勻的，在原滲碳體處碳濃度較高，而原鐵素體處碳濃度下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變較低，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散，才能得到成分均較低，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散，才能得到成分均勻的奧氏體。如勻的奧氏體。如圖圖3-3為

12、鋼的奧氏體化過程。為鋼的奧氏體化過程。 由上可知，由上可知，熱處理的保溫，不僅是為了將工件熱透，而且也熱處理的保溫，不僅是為了將工件熱透，而且也是為了獲得均勻的奧氏體組織，以便冷卻后能得到良好的組織和是為了獲得均勻的奧氏體組織，以便冷卻后能得到良好的組織和性能。性能。 亞共析鋼和過共析鋼加熱到亞共析鋼和過共析鋼加熱到ac1點以上時，珠光體轉(zhuǎn)變成奧點以上時，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，得到的組織為奧氏體和先析的鐵素體或滲碳體，稱為不完氏體，得到的組織為奧氏體和先析的鐵素體或滲碳體，稱為不完全奧氏體化。只有加熱到全奧氏體化。只有加熱到ac3或或accm以上，先析相會繼續(xù)向奧氏以上，先析相會繼續(xù)向奧氏體轉(zhuǎn)變

13、或溶解，獲得單一的奧氏體組織，才是完全奧氏體化。體轉(zhuǎn)變或溶解，獲得單一的奧氏體組織，才是完全奧氏體化。 2.影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 (1) 加熱溫度加熱溫度 加熱溫度越高，鐵、碳原子的打一散速度越加熱溫度越高，鐵、碳原子的打一散速度越快，且鐵的晶體改組也越快，因而加速了奧氏體的形成?？?，且鐵的晶體改組也越快，因而加速了奧氏體的形成。 (2) 加熱速度加熱速度 加熱速度越快，轉(zhuǎn)變開始溫度越高，轉(zhuǎn)變終加熱速度越快，轉(zhuǎn)變開始溫度越高，轉(zhuǎn)變終了溫度也越高，完成轉(zhuǎn)變所需要的時間越短，即奧氏體轉(zhuǎn)變速度了溫度也越高，完成轉(zhuǎn)變所需

14、要的時間越短，即奧氏體轉(zhuǎn)變速度越快。越快。 (3) 鋼的原始組織鋼的原始組織 若鋼的成分相同，其原始組織越細、相若鋼的成分相同，其原始組織越細、相界面越多，奧氏體的形成速度就越快。例如界面越多，奧氏體的形成速度就越快。例如:相同成分的鋼，由相同成分的鋼，由于細片狀珠光體比粗片狀珠光體的相界面積大，故細片狀珠光體于細片狀珠光體比粗片狀珠光體的相界面積大，故細片狀珠光體的奧氏體形成速度快。的奧氏體形成速度快。二、奧氏體晶粒的長大及其影響因素二、奧氏體晶粒的長大及其影響因素下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 奧氏體形成后繼續(xù)加熱或保溫，在伴隨著殘余滲碳體的溶解奧氏體形成后

15、繼續(xù)加熱或保溫，在伴隨著殘余滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化同時，奧氏體的晶粒將發(fā)生長大。其結(jié)果使鋼和奧氏體的均勻化同時，奧氏體的晶粒將發(fā)生長大。其結(jié)果使鋼件冷卻后的機械性能降低，特別是沖擊韌性變壞件冷卻后的機械性能降低，特別是沖擊韌性變壞;奧氏體晶粒粗奧氏體晶粒粗大也是淬火變形和開裂的重要原因。所以，為了獲得細晶粒的奧大也是淬火變形和開裂的重要原因。所以，為了獲得細晶粒的奧氏體組織，有必要了解奧氏體晶粒在其形成后的長大過程及控制氏體組織，有必要了解奧氏體晶粒在其形成后的長大過程及控制方法。方法。 1. 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度 奧氏體晶粒度是指將鋼加熱到相變點奧氏體晶粒度是指將鋼加熱到相變點(亞

16、共析鋼為亞共析鋼為ac3，過共，過共析鋼為析鋼為ac1或或accm)以上某一溫度，并保溫給定時間得到的奧氏體以上某一溫度，并保溫給定時間得到的奧氏體晶粒大小。奧氏體晶粒大小有以下兩種方法表示晶粒大小。奧氏體晶粒大小有以下兩種方法表示:一種是用晶粒一種是用晶粒尺寸表示，例如晶粒的平均直徑、晶粒的平均表面面積或尺寸表示，例如晶粒的平均直徑、晶粒的平均表面面積或下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變單位表面面積內(nèi)的晶粒數(shù)目單位表面面積內(nèi)的晶粒數(shù)目;另一種是用晶粒度另一種是用晶粒度n來表示，它是將來表示，它是將放大放大100倍的金相組織與標準晶粒號圖片進行比較來確定的。一倍的金

17、相組織與標準晶粒號圖片進行比較來確定的。一般將般將n小于小于4的稱為粗晶粒，的稱為粗晶粒，n在在58之間的稱為細晶粒，之間的稱為細晶粒，n大大于于8以上稱為超細晶粒。以上稱為超細晶粒。 2. 奧氏體晶粒的長大奧氏體晶粒的長大 在加熱轉(zhuǎn)變中，新形成并剛好互相接觸時的奧氏體晶粒，稱在加熱轉(zhuǎn)變中，新形成并剛好互相接觸時的奧氏體晶粒，稱為奧氏體起始晶粒，其大小稱為奧氏體起始晶粒度。奧氏體起始為奧氏體起始晶粒，其大小稱為奧氏體起始晶粒度。奧氏體起始晶粒一般都很小，但隨溫度進一步升高，時間繼續(xù)延長，奧氏體晶粒一般都很小，但隨溫度進一步升高，時間繼續(xù)延長，奧氏體晶粒將不斷長大，長大到鋼開始冷卻時的奧氏體晶粒

18、稱為實際晶晶粒將不斷長大，長大到鋼開始冷卻時的奧氏體晶粒稱為實際晶粒，其大小稱為實際晶粒度。奧氏體實際晶粒度直接影響鋼熱處粒，其大小稱為實際晶粒度。奧氏體實際晶粒度直接影響鋼熱處理后的組織與性能。理后的組織與性能。下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 實踐證明，不同成分的鋼，在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向是不相同實踐證明，不同成分的鋼，在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向是不相同的，如的，如圖圖3-4。有些鋼隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒會迅速長大，。有些鋼隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒會迅速長大，稱這類鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼稱這類鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼(圖圖3-4，曲線，曲線1)，而有些

19、鋼的奧氏體晶粒，而有些鋼的奧氏體晶粒不易長大，只有當溫度超過一定值時，奧氏體晶粒才會突然長大，稱不易長大，只有當溫度超過一定值時，奧氏體晶粒才會突然長大，稱這類鋼為本質(zhì)細晶粒鋼這類鋼為本質(zhì)細晶粒鋼(圖圖3-4,曲線曲線2)。生產(chǎn)中，須經(jīng)熱處理的工件，。生產(chǎn)中，須經(jīng)熱處理的工件，一般都采用本質(zhì)細晶粒鋼制造。一般都采用本質(zhì)細晶粒鋼制造。 加熱時，奧氏體晶粒長大傾向取決于鋼的成分和冶煉條件。冶煉時加熱時，奧氏體晶粒長大傾向取決于鋼的成分和冶煉條件。冶煉時用鋁脫氧，使其形成用鋁脫氧，使其形成a1n微粒微粒;或加人或加人nb , v , ti等元素，使其形成等元素，使其形成難溶的碳氮化物微粒分布在奧氏體

20、晶界上，能阻止奧氏體晶粒的長大，難溶的碳氮化物微粒分布在奧氏體晶界上，能阻止奧氏體晶粒的長大，但加熱溫度超過一定值時，這些極細的化合物會溶人奧氏體晶粒內(nèi)，但加熱溫度超過一定值時，這些極細的化合物會溶人奧氏體晶粒內(nèi)，使奧氏體晶粒突然長大。使奧氏體晶粒突然長大。下一頁上一頁 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變用錳、硅鐵脫氧的鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼，如沸騰鋼。用錳、硅鐵脫氧的鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼，如沸騰鋼。 3.影響奧氏體晶粒長大的因素影響奧氏體晶粒長大的因素 (1)加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長得越大。通常加熱溫度

21、對奧氏體晶粒長大的影響比保溫時體晶粒長得越大。通常加熱溫度對奧氏體晶粒長大的影響比保溫時間更顯著。間更顯著。 (2)加熱速度加熱速度 當加熱溫度確定后，加熱速度越快，奧氏體晶粒當加熱溫度確定后，加熱速度越快，奧氏體晶粒越細小。因此，快速高溫加熱和短時間保溫，是生產(chǎn)中常用的一種越細小。因此，快速高溫加熱和短時間保溫，是生產(chǎn)中常用的一種細化晶粒的方法。細化晶粒的方法。 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁 (3)鋼中加人一定的合金元素鋼中加人一定的合金元素 大多數(shù)合金元素均能不同程度的大多數(shù)合金元素均能不同程度的阻礙奧氏體晶粒長大，尤其是與碳結(jié)合力較強的合金元素阻礙奧氏體晶

22、粒長大，尤其是與碳結(jié)合力較強的合金元素(如鉻、鉬、如鉻、鉬、鎢、釩等鎢、釩等)，由于它們在鋼中形成難溶于奧氏體的碳化物，并彌散分，由于它們在鋼中形成難溶于奧氏體的碳化物，并彌散分布在奧氏體晶界上，能阻礙奧氏體晶粒長大，而錳、磷則促使奧氏體布在奧氏體晶界上，能阻礙奧氏體晶粒長大，而錳、磷則促使奧氏體晶粒長大。晶粒長大。 3.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變返 回上一頁 生產(chǎn)實踐和科學實驗證明，即使是同一化學成分的鋼，當加熱到生產(chǎn)實踐和科學實驗證明，即使是同一化學成分的鋼，當加熱到高溫奧氏體狀態(tài)后，若采用不同的冷卻方法，其奧氏體轉(zhuǎn)變后的組織高溫奧氏體狀態(tài)后，若采用不同的冷卻方法，其奧氏

23、體轉(zhuǎn)變后的組織和性能都有很大的差別和性能都有很大的差別(見見表表3-1)。顯然，這是由于鋼的內(nèi)部組織隨。顯然，這是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)生了變化，從而導致性能上的差別。這種現(xiàn)象不冷卻速度的不同而發(fā)生了變化，從而導致性能上的差別。這種現(xiàn)象不能用能用fe-fe3c相圖來解釋，為了更好地了解鋼熱處理后的組織與力相圖來解釋，為了更好地了解鋼熱處理后的組織與力學性能的變化，必須研究奧氏體在不同冷卻速度下的變化規(guī)律。學性能的變化，必須研究奧氏體在不同冷卻速度下的變化規(guī)律。 鋼在冷卻時，奧氏體的轉(zhuǎn)變有兩種方式鋼在冷卻時，奧氏體的轉(zhuǎn)變有兩種方式:一種是等溫冷卻轉(zhuǎn)變，一種是等溫冷卻轉(zhuǎn)變，即將鋼件奧

24、氏體化后，迅速冷卻至界點即將鋼件奧氏體化后，迅速冷卻至界點ar1以下某一溫度并保溫，使以下某一溫度并保溫，使奧氏體在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫，如奧氏體在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫，如圖圖3-5曲線曲線1所示。所示。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁另一種是連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，即將鋼件奧氏體化后，以不同的冷卻速度連另一種是連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，即將鋼件奧氏體化后，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻至室溫，在連續(xù)冷卻過程中奧氏體發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，如續(xù)冷卻至室溫，在連續(xù)冷卻過程中奧氏體發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，如圖圖3-5曲曲線線2所示。所示。 為了研究奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律，通常是根據(jù)上述兩

25、種冷卻方式，為了研究奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律，通常是根據(jù)上述兩種冷卻方式，分別繪出過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，分別繪出過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，這兩種曲線能正確說明奧氏體冷卻條件與相變的關(guān)系。這兩種曲線能正確說明奧氏體冷卻條件與相變的關(guān)系。 一、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 奧氏體在相變點奧氏體在相變點a1以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須要發(fā)生相變。但過以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須要發(fā)生相變。但過冷到冷到a1以下的奧氏體并不是立即發(fā)生相變，而是要經(jīng)過一個孕育期后以下的奧氏體并不是立即發(fā)生相變，而是要經(jīng)過一個孕育期后才開始轉(zhuǎn)變，這種在孕育

26、期內(nèi)暫時存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體才開始轉(zhuǎn)變，這種在孕育期內(nèi)暫時存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為稱為“過冷奧氏體過冷奧氏體”。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁 過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變，將使鋼的組織與性能發(fā)生明顯過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變，將使鋼的組織與性能發(fā)生明顯的變化，而奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是研究過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的工具。的變化，而奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是研究過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的工具。 1.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，然后以極快的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是將鋼加熱到奧氏體狀

27、態(tài)，然后以極快的速度冷卻到速度冷卻到a1以下不同的溫度，在各個不同溫度下測得的轉(zhuǎn)變量和時以下不同的溫度，在各個不同溫度下測得的轉(zhuǎn)變量和時間的關(guān)系曲線。在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過程中，會發(fā)生各種物理變化，如放間的關(guān)系曲線。在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過程中，會發(fā)生各種物理變化，如放熱、體積膨脹、磁性轉(zhuǎn)變等，因此可以利用熱分析法、膨脹法、磁性法、熱、體積膨脹、磁性轉(zhuǎn)變等，因此可以利用熱分析法、膨脹法、磁性法、金相硬度法等測定奧氏體轉(zhuǎn)變過程?，F(xiàn)以共析碳鋼為例，介紹用金相硬金相硬度法等測定奧氏體轉(zhuǎn)變過程。現(xiàn)以共析碳鋼為例，介紹用金相硬度法測定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的過程。度法測定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的過程。 首選將共析

28、碳鋼制成若干小試樣，并分為幾組，每組有若干試樣。首選將共析碳鋼制成若干小試樣，并分為幾組，每組有若干試樣。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁將各組試樣都在同樣的加熱條件下奧氏體化，獲得均勻的奧氏體組將各組試樣都在同樣的加熱條件下奧氏體化，獲得均勻的奧氏體組織。然后把各組試樣分別迅速投人織。然后把各組試樣分別迅速投人a1點以下不同溫度點以下不同溫度(如如720, 700, 650, 600)的等溫槽中，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變。的等溫槽中，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變。同時從試樣投人時刻起記錄等溫時間，每隔一定時間，在每一組中同時從試樣投人時刻起記錄等溫時間，每隔一定時間，在每一

29、組中取出一個試樣投人水中，將試樣在不同時刻的等溫轉(zhuǎn)變狀態(tài)固定下取出一個試樣投人水中，將試樣在不同時刻的等溫轉(zhuǎn)變狀態(tài)固定下來，冷卻后測定其硬度并觀察顯微組織。這樣便可找出在不同的過來，冷卻后測定其硬度并觀察顯微組織。這樣便可找出在不同的過冷溫度下進行等溫轉(zhuǎn)變時，開始轉(zhuǎn)變所需要的時間及完成轉(zhuǎn)變所需冷溫度下進行等溫轉(zhuǎn)變時，開始轉(zhuǎn)變所需要的時間及完成轉(zhuǎn)變所需要的時間。在以溫度一時間為坐標的圖上將所有的轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)要的時間。在以溫度一時間為坐標的圖上將所有的轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點分別用光滑的曲線連接起來，這樣就得到了共析碳鋼的等變終了點分別用光滑的曲線連接起來，這樣就得到了共析碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線，如溫

30、轉(zhuǎn)變曲線，如圖圖3-6。由于其形狀與字母。由于其形狀與字母“c”相似，故又稱它為相似，故又稱它為c曲線。曲線。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁圖中縱坐標為過冷奧氏體等溫溫度，橫坐標取對數(shù)坐標表示時間，這主圖中縱坐標為過冷奧氏體等溫溫度，橫坐標取對數(shù)坐標表示時間，這主要是因為過冷奧氏體在不同過冷度下，轉(zhuǎn)變所需時間相差很大的緣故。要是因為過冷奧氏體在不同過冷度下，轉(zhuǎn)變所需時間相差很大的緣故。 圖圖3-6中左邊的中左邊的c形曲線為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始線右邊的形曲線為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始線右邊的c形曲形曲線為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變終了線。線為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變終了線。c曲

31、線上面的水平線叫做曲線上面的水平線叫做a1線，它線，它表示奧氏體與珠光體的平衡溫度，即表示奧氏體與珠光體的平衡溫度，即fe-fe3c狀態(tài)圖中的狀態(tài)圖中的a1溫度，溫度，a1線以上奧氏體是穩(wěn)定的，線以上奧氏體是穩(wěn)定的，a1線以下奧氏體是不穩(wěn)定的，它要轉(zhuǎn)變成其線以下奧氏體是不穩(wěn)定的，它要轉(zhuǎn)變成其他產(chǎn)物。他產(chǎn)物。c曲線下面的水平線叫做曲線下面的水平線叫做mf線，它是以極快的冷卻速度連續(xù)冷線，它是以極快的冷卻速度連續(xù)冷卻時，測得的過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度點的連線，在其下面卻時，測得的過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度點的連線，在其下面還有一條表示馬氏體轉(zhuǎn)變終了的水平線，稱為還有一條表示馬氏體轉(zhuǎn)變

32、終了的水平線，稱為mf線，一般都在室溫以線，一般都在室溫以下。下。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁 a1線以上是奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域線以上是奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域;a1線以下、轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域線以下、轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域是過冷奧氏體區(qū)是過冷奧氏體區(qū);a1線以下、轉(zhuǎn)變終了線以右和線以下、轉(zhuǎn)變終了線以右和ms線以上的區(qū)域為線以上的區(qū)域為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū);轉(zhuǎn)變開始線和轉(zhuǎn)變終了線之間是過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線和轉(zhuǎn)變終了線之間是過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)。過冷奧氏體在各個溫度下等溫轉(zhuǎn)變時，都要經(jīng)歷一段孕育共存區(qū)。過冷奧氏體在各個溫度下等溫轉(zhuǎn)變時，都要經(jīng)歷一段孕育期期(它

33、以轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標之間的水平距離表示它以轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標之間的水平距離表示)。孕育期越長，。孕育期越長，過冷奧氏體越穩(wěn)定，反之則越不穩(wěn)定?？梢姡^冷奧氏體在不同溫過冷奧氏體越穩(wěn)定，反之則越不穩(wěn)定?？梢姡^冷奧氏體在不同溫度下的穩(wěn)定性是不同的度下的穩(wěn)定性是不同的:開始時隨過冷度的增加，孕育期與轉(zhuǎn)變開始開始時隨過冷度的增加，孕育期與轉(zhuǎn)變開始時間逐漸縮短時間逐漸縮短;而當過冷度達到某一值而當過冷度達到某一值(約約550)后的，孕育期與后的，孕育期與轉(zhuǎn)變開始時間卻隨過冷度的增加而逐漸變長。在轉(zhuǎn)變開始時間卻隨過冷度的增加而逐漸變長。在c曲線上孕育期最曲線上孕育期最短的地方，表示過冷奧氏體最不穩(wěn)定，它

34、的轉(zhuǎn)變速度最快，該處被短的地方，表示過冷奧氏體最不穩(wěn)定，它的轉(zhuǎn)變速度最快，該處被稱為稱為c曲線的曲線的“鼻尖鼻尖”。 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁而靠近而靠近a1和和ms處的孕育期最長，過冷奧氏體比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變速度也處的孕育期最長，過冷奧氏體比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變速度也較慢。較慢。 2.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)及性能 由由c曲線可知，奧氏體是在過冷度從幾度到幾百度曲線可知，奧氏體是在過冷度從幾度到幾百度(a1ms)的溫的溫度區(qū)間內(nèi)進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變的。根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織的不同，度區(qū)間內(nèi)進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變的。根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變

35、產(chǎn)物組織的不同，大致可分為大致可分為:高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變(珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體型轉(zhuǎn)變)和中溫轉(zhuǎn)變和中溫轉(zhuǎn)變(貝氏體型轉(zhuǎn)變貝氏體型轉(zhuǎn)變)。 (1)高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變(珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體型轉(zhuǎn)變)高溫轉(zhuǎn)變的溫度范圍大約在高溫轉(zhuǎn)變的溫度范圍大約在a1550左右，在這個溫度范圍內(nèi)等溫時得到的組織都是由鐵素左右，在這個溫度范圍內(nèi)等溫時得到的組織都是由鐵素(f)和滲碳體和滲碳體(fe3c)的層片組成的機械混合物，屬于珠光體型。珠的層片組成的機械混合物，屬于珠光體型。珠光體型組織的形成是過冷奧氏體通過鐵、碳原子的擴散和鐵原子晶格光體型組織的形成是過冷奧氏體通過鐵、碳原子的擴散和鐵原子晶格的改組而形成的，的改組而形成

36、的， 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁轉(zhuǎn)變過程也是通過形核和長大完成的，其過程如轉(zhuǎn)變過程也是通過形核和長大完成的，其過程如圖圖3-7所示。所示。 當奧氏體過冷到當奧氏體過冷到a1溫度線以下時，首先在奧氏體晶界處形成滲碳溫度線以下時，首先在奧氏體晶界處形成滲碳體晶核體晶核(圖圖3-7(a)，由于滲碳體碳的質(zhì)量分數(shù)比奧氏體高得多，故，由于滲碳體碳的質(zhì)量分數(shù)比奧氏體高得多，故在滲碳體長大的同時，必然使周圍奧氏體碳的質(zhì)量分數(shù)降低，從而使在滲碳體長大的同時，必然使周圍奧氏體碳的質(zhì)量分數(shù)降低，從而使這部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體這部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體(圖圖3-7 (b)。鐵素體溶碳

37、能力很低，。鐵素體溶碳能力很低，在它長大的過程中必然要將多余的碳轉(zhuǎn)移到相鄰的奧氏體中，使其碳在它長大的過程中必然要將多余的碳轉(zhuǎn)移到相鄰的奧氏體中，使其碳的質(zhì)量分數(shù)升高，這又促使新的滲碳體片的形成的質(zhì)量分數(shù)升高，這又促使新的滲碳體片的形成(圖圖3-7(c)。上述。上述過程連續(xù)進行過程連續(xù)進行(圖圖3-7 (d)、(e),最終形成了鐵素體與滲碳體片層最終形成了鐵素體與滲碳體片層相間的珠光體組織相間的珠光體組織(圖圖3-7 (f)。 片層狀珠光體的性能主要取決于片層間距。轉(zhuǎn)變溫度越低，即過冷片層狀珠光體的性能主要取決于片層間距。轉(zhuǎn)變溫度越低，即過冷度越大，片層間距越小。度越大，片層間距越小。 3.2

38、 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下一頁上一頁因此，在過冷度較小因此，在過冷度較小(a1650)時形成的珠光體，片層間距較大時形成的珠光體，片層間距較大(0. 4m )，一般在，一般在500倍的光學顯微鏡下就能分辨出片層形態(tài)倍的光學顯微鏡下就能分辨出片層形態(tài)(圖圖3-8)，硬度約為，硬度約為190 hbs;在在600650范圍內(nèi)，由于過范圍內(nèi)，由于過冷度較大，轉(zhuǎn)變速度較快，得到的組織片層間距冷度較大，轉(zhuǎn)變速度較快，得到的組織片層間距(0. 40. 2m)比比珠光體小，這種組織稱為細珠光體珠光體小，這種組織稱為細珠光體(或稱為索氏體或稱為索氏體)，用符號，用符號s表示，表示，只有在只有在

39、1 000倍以上的顯微鏡下才能分辨出片層形態(tài)倍以上的顯微鏡下才能分辨出片層形態(tài)(圖圖3-9)，其，其硬度大約為硬度大約為30 hrc;在在550600范圍內(nèi)，由于過冷度更大，范圍內(nèi)，由于過冷度更大，轉(zhuǎn)變速度更快，得到的組織片層間距轉(zhuǎn)變速度更快，得到的組織片層間距( 0. 2m)比索氏體還小，比索氏體還小，這種組織稱為極細珠光體這種組織稱為極細珠光體(或稱托氏體或稱托氏體)，用符號，用符號t表示，托氏體只有表示，托氏體只有在電子顯微鏡下才能分辨清楚在電子顯微鏡下才能分辨清楚(圖圖3-10)，其硬度大約為，其硬度大約為38hrc。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 珠光

40、體組織中的片間距愈小，相界面愈多，塑性變形抗力愈大，故珠光體組織中的片間距愈小，相界面愈多，塑性變形抗力愈大，故強度、硬度愈高強度、硬度愈高;同時由于片層間距小，滲碳體變得很薄，越容易隨同時由于片層間距小，滲碳體變得很薄，越容易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因而使得塑性和韌性也有所提高。鐵素體一起變形而不脆斷，因而使得塑性和韌性也有所提高。 (2)中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變(貝氏體型轉(zhuǎn)變貝氏體型轉(zhuǎn)變)中溫轉(zhuǎn)變的溫度范圍為中溫轉(zhuǎn)變的溫度范圍為550ms之間。在這個溫度范圍內(nèi)等溫時，得到的是碳的質(zhì)量分數(shù)過飽和的鐵之間。在這個溫度范圍內(nèi)等溫時，得到的是碳的質(zhì)量分數(shù)過飽和的鐵素體與碳化物組成的機械混合物，屬于貝氏體

41、型，用符號素體與碳化物組成的機械混合物，屬于貝氏體型，用符號b表示。由表示。由于轉(zhuǎn)變時過冷度較大，只有碳原子作短距離的打一散，而鐵原子不打于轉(zhuǎn)變時過冷度較大，只有碳原子作短距離的打一散，而鐵原子不打一散，因此過冷奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變是半打一散型相變。一散，因此過冷奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變是半打一散型相變。 按轉(zhuǎn)變溫度和組織形態(tài)的不同，可將貝氏體組織分為上貝氏體按轉(zhuǎn)變溫度和組織形態(tài)的不同，可將貝氏體組織分為上貝氏體(b上上)和下貝氏體和下貝氏體(b下下)兩種。兩種。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變上貝氏體是在上貝氏體是在350550溫度范圍內(nèi)形成的，它是由大致平行、溫度

42、范圍內(nèi)形成的，它是由大致平行、碳輕微過飽和的鐵素體板條為主體和在鐵素體板條間分布的短棒狀或碳輕微過飽和的鐵素體板條為主體和在鐵素體板條間分布的短棒狀或短片狀碳化物組成短片狀碳化物組成(圖圖3-11)。在光學顯微鏡下，典型的上貝氏體呈。在光學顯微鏡下，典型的上貝氏體呈羽毛狀形態(tài)，組織中碳化物不易辨認，如羽毛狀形態(tài)，組織中碳化物不易辨認，如圖圖3-12所示。所示。 下貝氏體是在下貝氏體是在350ms溫度范圍內(nèi)形成的，它由含碳過飽和的溫度范圍內(nèi)形成的，它由含碳過飽和的針片狀鐵素體和鐵素體片內(nèi)彌散分布的碳化物組成。共析碳鋼的下貝針片狀鐵素體和鐵素體片內(nèi)彌散分布的碳化物組成。共析碳鋼的下貝氏體在光學顯微

43、鏡下呈黑色針片狀，如氏體在光學顯微鏡下呈黑色針片狀，如圖圖3-13所示。所示。 貝氏體的性能主要取決于鐵素體條貝氏體的性能主要取決于鐵素體條(片片)粗細、鐵素體中碳的過飽粗細、鐵素體中碳的過飽和度和滲碳體和度和滲碳體(或其他結(jié)構(gòu)的碳化物或其他結(jié)構(gòu)的碳化物)的大小、形狀與分布。隨著貝的大小、形狀與分布。隨著貝氏體形成溫度愈低，鐵素體條氏體形成溫度愈低，鐵素體條(片片)愈細，鐵素體中碳的過飽和度愈愈細，鐵素體中碳的過飽和度愈下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變大，滲碳體大，滲碳體(或其他結(jié)構(gòu)的碳化物或其他結(jié)構(gòu)的碳化物)顆粒愈小、愈多，彌散度越大。顆粒愈小、愈多，彌散度越大

44、。所以上貝氏體脆性大，變形抗力低，在生產(chǎn)中無實用價值。而下貝氏所以上貝氏體脆性大，變形抗力低，在生產(chǎn)中無實用價值。而下貝氏體具有高的強度、硬度，同時具有良好的塑性和韌性。在實際生產(chǎn)中體具有高的強度、硬度，同時具有良好的塑性和韌性。在實際生產(chǎn)中常用等溫淬火來獲得下貝氏體，以提高材料的強韌性。常用等溫淬火來獲得下貝氏體，以提高材料的強韌性。 3.影響影響c曲線的因素曲線的因素 (1)碳的質(zhì)量分數(shù)如碳的質(zhì)量分數(shù)如圖圖3-14所示，在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w之所示，在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w之前，亞共析鋼有先析相鐵素體析出，過共析鋼有先析相滲碳體析出。前，亞共析鋼有先析相鐵素體析出，過共析鋼有先析相滲碳體

45、析出。因此，亞共析鋼與過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線分別在其上部多了一條先因此，亞共析鋼與過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線分別在其上部多了一條先析相鐵素體析出線析相鐵素體析出線(圖圖3-14(a)和先析相滲碳體析出線和先析相滲碳體析出線(3-14(b)。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 在正常熱處理加熱條件下，亞共析碳鋼的在正常熱處理加熱條件下，亞共析碳鋼的c曲線隨碳的質(zhì)量分數(shù)的曲線隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增加向右移，過共析碳鋼的增加向右移，過共析碳鋼的c曲線隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增加向左移。所曲線隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增加向左移。所以在碳鋼中，以共析碳鋼以在碳鋼中，以共析碳鋼c曲線的鼻尖離縱坐標最遠

46、，其過冷奧氏體曲線的鼻尖離縱坐標最遠，其過冷奧氏體也最穩(wěn)定。也最穩(wěn)定。 (2)合金元素除鉆外，所有的合金元素溶人奧氏體后均能增大過合金元素除鉆外，所有的合金元素溶人奧氏體后均能增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使冷奧氏體的穩(wěn)定性，使c曲線右移。其中一些碳化物形成元素曲線右移。其中一些碳化物形成元素(如鉻、如鉻、鑰、鎢、釩等鑰、鎢、釩等)不僅使不僅使c曲線右移，而且還使曲線右移，而且還使c曲線形狀發(fā)生改變。曲線形狀發(fā)生改變。 (3)加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體成分越均勻，晶粒也越粗大，晶界面積越少，可使過冷奧氏體穩(wěn)定性成分越均勻

47、，晶粒也越粗大，晶界面積越少，可使過冷奧氏體穩(wěn)定性提高，提高，c曲線右移。曲線右移。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 1.過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 在實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變的。如鋼退在實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變的。如鋼退火時的爐冷，正火時的空冷，淬火時的水冷等。轉(zhuǎn)變后獲得組織、性火時的爐冷，正火時的空冷，淬火時的水冷等。轉(zhuǎn)變后獲得組織、性能都是以連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)橐罁?jù)，因此研究過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時的能都是以連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)橐罁?jù)，因此研究過冷奧氏體

48、在連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律有重要的意義。組織轉(zhuǎn)變規(guī)律有重要的意義。 如如圖圖3-15所示是用膨脹法測定的共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。由所示是用膨脹法測定的共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。由圖可見，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線只有圖可見，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線只有c曲線的上半部分，沒有下半部分，曲線的上半部分，沒有下半部分，即連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只發(fā)生珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變，而不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。即連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只發(fā)生珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變，而不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 圖中圖中ps線為過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始線線為過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始線;pf線為過冷奧氏體向珠線為過冷奧氏體

49、向珠光體轉(zhuǎn)變終了線光體轉(zhuǎn)變終了線;k線為過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的終止線，它表示當冷線為過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的終止線，它表示當冷卻速度線碰與卻速度線碰與k線相交時，過冷奧氏體不再向珠光體轉(zhuǎn)變，剩余過冷奧線相交時，過冷奧氏體不再向珠光體轉(zhuǎn)變，剩余過冷奧氏體一直冷卻到氏體一直冷卻到ms線以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線相切線以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線相切的冷卻速線的冷卻速線vk，是過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)生分解，全部轉(zhuǎn)變，是過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)生分解，全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，也稱為馬氏體臨界冷卻速度。為馬氏體的最小冷卻速度，也稱為馬氏體臨界冷卻速度。 2.

50、c曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用 由于過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測定比較困難，且有些使用廣由于過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測定比較困難，且有些使用廣泛的鋼種，其連續(xù)冷卻曲線至今尚未測出，所以口前生產(chǎn)上常用泛的鋼種，其連續(xù)冷卻曲線至今尚未測出，所以口前生產(chǎn)上常用l曲線曲線代替連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線定性地、近似地分析過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。代替連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線定性地、近似地分析過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)缛鐖D圖3-16就是應(yīng)用共析碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體連續(xù)冷卻時就是應(yīng)用共析碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體連續(xù)冷卻時

51、的轉(zhuǎn)變情況。圖中冷卻速度的轉(zhuǎn)變情況。圖中冷卻速度v1相當于隨爐冷卻的速度，根據(jù)它與相當于隨爐冷卻的速度，根據(jù)它與c曲曲線相交的位置，可估計出奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w線相交的位置，可估計出奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w;冷卻速度冷卻速度v1是相當是相當于在空氣中冷卻的速度，根據(jù)它與于在空氣中冷卻的速度，根據(jù)它與c線相交的位置，可估計出奧氏體線相交的位置，可估計出奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w將轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w;冷卻速度冷卻速度v2相當于油冷的速度，根據(jù)它與相當于油冷的速度，根據(jù)它與c曲線相交曲線相交的位置，可估計出有一部分奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，剩余的奧氏體冷的位置，可估計出有一部分奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，剩余的奧氏體冷卻到卻

52、到ms線以下開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最終得到托氏體、馬氏體和殘余奧線以下開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最終得到托氏體、馬氏體和殘余奧氏體的混合組織氏體的混合組織;冷卻速度冷卻速度v4是相當于水冷的速度，它不與是相當于水冷的速度，它不與c曲線相交，曲線相交，一直過冷到一直過冷到ms線以下開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體線以下開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;冷卻速度冷卻速度vk與與c曲線鼻尖相曲線鼻尖相切，切，vk為該鋼的馬氏體臨界冷卻速度。為該鋼的馬氏體臨界冷卻速度。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 必須指出，用必須指出，用c曲線來估計連續(xù)冷卻過程是很粗略的、不精確的，曲線來估計連續(xù)冷卻過程是很粗略的、不精確的，

53、隨著實驗技術(shù)的發(fā)展，將有更多的、更完善的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線被測隨著實驗技術(shù)的發(fā)展，將有更多的、更完善的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線被測得，用它來解決連續(xù)冷卻過程才是合理的。得，用它來解決連續(xù)冷卻過程才是合理的。三、馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變 當奧氏體的冷卻速度大于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，并過冷到當奧氏體的冷卻速度大于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，并過冷到ms以下時，就開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。由于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度極低，過以下時，就開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。由于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度極低，過冷度很大，而且形成的速度極快，使奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變只發(fā)生冷度很大，而且形成的速度極快，使奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變只發(fā)生-fe向向-fe晶格改組，而沒

54、有鐵、碳原子的擴散，原來固溶于奧氏晶格改組，而沒有鐵、碳原子的擴散，原來固溶于奧氏體的碳仍被全部保留在體的碳仍被全部保留在-fe中，這種由過冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚谥校@種由過冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?fe中的過飽和固溶體，稱為馬氏體，用符號中的過飽和固溶體，稱為馬氏體，用符號“m”表示。表示。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 1.馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài) 馬氏體的組織形態(tài)主要有兩種類型，即板條狀馬氏體馬氏體的組織形態(tài)主要有兩種類型，即板條狀馬氏體(如如圖圖3-17(a)所示所示)和片狀馬氏體和片狀馬氏體(如如圖圖3-17(b)所示所示)。淬火鋼中究竟形。淬火

55、鋼中究竟形成何種形態(tài)馬氏體，主要與鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，當奧氏體中成何種形態(tài)馬氏體，主要與鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，當奧氏體中wc1. 0%的鋼淬火后，馬氏體的形態(tài)為片狀或的鋼淬火后，馬氏體的形態(tài)為片狀或竹葉狀，稱為片狀馬氏體。當碳的質(zhì)量分數(shù)介于兩者之間時，則為兩竹葉狀，稱為片狀馬氏體。當碳的質(zhì)量分數(shù)介于兩者之間時，則為兩種馬氏體的混合組織。奧氏體碳的含量越高，淬火組織中片狀馬氏體種馬氏體的混合組織。奧氏體碳的含量越高，淬火組織中片狀馬氏體量越多，板條馬氏體量越少。量越多，板條馬氏體量越少。 2.馬氏體性能馬氏體性能下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 (1)馬氏體的強度

56、與硬度馬氏體的強度和硬度主要取決于馬氏體的馬氏體的強度與硬度馬氏體的強度和硬度主要取決于馬氏體的碳的質(zhì)量分數(shù)，隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增高，其強度與硬度也隨之增高，碳的質(zhì)量分數(shù)，隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增高，其強度與硬度也隨之增高，尤其在碳的質(zhì)量分數(shù)較低時，強度、硬度增高比較明顯。但當尤其在碳的質(zhì)量分數(shù)較低時，強度、硬度增高比較明顯。但當wc0. 6%時，就逐漸趨于平緩，如時，就逐漸趨于平緩，如圖圖3-18所示。所示。 (2)馬氏體的塑性和韌性馬氏體的塑性和韌性也與碳的質(zhì)量分數(shù)馬氏體的塑性和韌性馬氏體的塑性和韌性也與碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)。板條狀的低碳馬氏體塑性和韌性較好，而片狀高碳馬氏體的塑有關(guān)。板條狀的低碳馬氏

57、體塑性和韌性較好，而片狀高碳馬氏體的塑性和韌性差。性和韌性差。 (3)比容單位質(zhì)量物質(zhì)的體積。鋼的組織中，馬氏體比容最大，比容單位質(zhì)量物質(zhì)的體積。鋼的組織中，馬氏體比容最大，奧氏體最小，珠光體居中，所以奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，必然伴隨體奧氏體最小，珠光體居中，所以奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，必然伴隨體積膨脹而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。積膨脹而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變馬氏體中碳的質(zhì)量分數(shù)越高，馬氏體晶格畸變程度加劇，比容也越大，馬氏體中碳的質(zhì)量分數(shù)越高，馬氏體晶格畸變程度加劇，比容也越大，故產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也越大，這就是高碳鋼淬火易裂的原因。故產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也越大，這就是高

58、碳鋼淬火易裂的原因。 3.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 馬氏體轉(zhuǎn)變與其他相變一樣，也是由形核和長大兩個基本過程組馬氏體轉(zhuǎn)變與其他相變一樣，也是由形核和長大兩個基本過程組成，但它和其他相變相比，有以下特點。成，但它和其他相變相比，有以下特點。 (1)馬氏體轉(zhuǎn)變是無打一散型相變珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變都是打一馬氏體轉(zhuǎn)變是無打一散型相變珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變都是打一散型相變，馬氏體轉(zhuǎn)變是在極大的過冷度下進行的，轉(zhuǎn)變時，只發(fā)生散型相變，馬氏體轉(zhuǎn)變是在極大的過冷度下進行的，轉(zhuǎn)變時，只發(fā)生-fe和和-fe的格改組，而奧氏體中的鐵、碳原子都不能進行擴散，的格改組，而奧氏體中的鐵、碳原子都不能進行擴散，所以是無擴散

59、型相變。所以是無擴散型相變。 (2)馬氏體轉(zhuǎn)變的速度極快馬氏體形成時一般不需要孕育期，馬氏體轉(zhuǎn)變的速度極快馬氏體形成時一般不需要孕育期，下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變馬氏體量的增加不是靠已形成的馬氏體片的不斷長大，而是靠新的馬氏體量的增加不是靠已形成的馬氏體片的不斷長大，而是靠新的馬氏體片的不斷形成。馬氏體片的不斷形成。 (3)馬氏體轉(zhuǎn)變是發(fā)生在一定溫度范圍當過冷奧氏體以大于馬氏馬氏體轉(zhuǎn)變是發(fā)生在一定溫度范圍當過冷奧氏體以大于馬氏體臨界冷卻速度體臨界冷卻速度vk過冷到過冷到ms時，就開始向馬氏體的轉(zhuǎn)變。隨著溫度時，就開始向馬氏體的轉(zhuǎn)變。隨著溫度的下降，馬氏體轉(zhuǎn)變

60、量增加，當溫度下降到的下降，馬氏體轉(zhuǎn)變量增加，當溫度下降到mf時，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。時，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。如在如在msmf之間某一溫度等溫，馬氏體的量并不明顯增加，所以只之間某一溫度等溫，馬氏體的量并不明顯增加，所以只有在有在ms、mf之間繼續(xù)降溫時，馬氏體才能繼續(xù)形成。之間繼續(xù)降溫時，馬氏體才能繼續(xù)形成。 ms與與mf的位置主要取決于奧氏體的成分。奧氏體中碳的質(zhì)量分的位置主要取決于奧氏體的成分。奧氏體中碳的質(zhì)量分數(shù)越高，數(shù)越高，ms與與mf越低，奧氏體中碳的質(zhì)量分數(shù)對越低，奧氏體中碳的質(zhì)量分數(shù)對ms, mf的影響如的影響如圖圖3-19所示。所示。下一頁上一頁 3.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻