Chapter9鋼的熱處理

1、第九章第九章 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容n 9-1 熱處理概述熱處理概述n 9-2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變n 9-3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變n 9-4 鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變本章目的本章目的n 1 闡明鋼的熱處理的基本原理闡明鋼的熱處理的基本原理n 2 揭示鋼在熱處理過(guò)程中工藝揭示鋼在熱處理過(guò)程中工藝組織性能的變化規(guī)律組織性能的變化規(guī)律本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)（1）C曲線的實(shí)質(zhì)、分析和應(yīng)用曲線的實(shí)質(zhì)、分析和應(yīng)用（2）過(guò)冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變及回火轉(zhuǎn)變的）過(guò)冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變及回火轉(zhuǎn)變的各種組織的本質(zhì)、形態(tài)和性能特點(diǎn)各種組織的本質(zhì)、形態(tài)和性能特點(diǎn) (3)

2、馬氏體高強(qiáng)度高硬度的本質(zhì)馬氏體高強(qiáng)度高硬度的本質(zhì)提出問(wèn)題1.改變成分可以改變材料的性能，還有沒(méi)有改變成分可以改變材料的性能，還有沒(méi)有其他手段可以改變材料的性能呢？其他手段可以改變材料的性能呢？2.一把含碳量一把含碳量1.0%的高碳鋸條不經(jīng)過(guò)的高碳鋸條不經(jīng)過(guò)任任何處理能使用嗎？何處理能使用嗎？ 1. 熱處理的定義熱處理的定義( ：金屬或：金屬或合金在固態(tài)下于一定介質(zhì)中加熱到一合金在固態(tài)下于一定介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，以一定速度定溫度，保溫一定時(shí)間，以一定速度冷卻下來(lái)的一種綜合工藝。冷卻下來(lái)的一種綜合工藝。一、一、 熱處理的作用熱處理的作用TtT保溫保溫t保溫保溫V冷卻冷卻V加熱加熱四

3、個(gè)重要參數(shù)四個(gè)重要參數(shù)V加熱加熱、 T保溫保溫、 t保溫保溫、V冷卻冷卻 三個(gè)基本過(guò)程：加熱、保溫、冷卻三個(gè)基本過(guò)程：加熱、保溫、冷卻 9-1 熱處理概述熱處理概述例：例：45#鋼，鋼，840加熱，不同方式冷卻加熱，不同方式冷卻冷卻方式冷卻方式隨爐冷卻隨爐冷卻空氣冷卻空氣冷卻油冷油冷水冷卻水冷卻HRC1518182440505260組織組織P+FP+F（少）（少）組織細(xì)組織細(xì)M+PM應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛 汽車零件汽車零件80%；工模具、軸承；工模具、軸承100%均需熱處理均需熱處理2. 熱處理的作用熱處理的作用(n提高材料的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的提高材料的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。使用壽

4、命。 鉗工用的鏨子鉗工用的鏨子-不熱處理，使用時(shí)刃口很快卷刃。刃口不熱處理，使用時(shí)刃口很快卷刃。刃口局部加熱到一定溫度，保溫以后水冷，即使用錘子經(jīng)局部加熱到一定溫度，保溫以后水冷，即使用錘子經(jīng)常敲打，也不易發(fā)生卷刃和崩裂。常敲打，也不易發(fā)生卷刃和崩裂。 降低結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料和能源。降低結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料和能源。n消除鑄鍛焊等熱加工工藝造成的缺陷、消除鑄鍛焊等熱加工工藝造成的缺陷、殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，消除偏析，使鋼殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，消除偏析，使鋼的組織和性能更加均勻。的組織和性能更加均勻。n改善金屬的切削加工性。改善金屬的切削加工性。 如高速鋼制鉆頭，必須經(jīng)預(yù)先熱處理，改善組織，如高速鋼制鉆

5、頭，必須經(jīng)預(yù)先熱處理，改善組織，降低硬度降低硬度(達(dá)到達(dá)到207255HBW), 這樣才能進(jìn)行機(jī)這樣才能進(jìn)行機(jī)加工。加工后的鉆頭必須經(jīng)最終熱處理，提高鉆加工。加工后的鉆頭必須經(jīng)最終熱處理，提高鉆頭的硬度頭的硬度(達(dá)到達(dá)到6065HRC)和耐磨性。和耐磨性。n提高工件表面的抗磨損、耐腐蝕等特殊物提高工件表面的抗磨損、耐腐蝕等特殊物料化學(xué)性能。料化學(xué)性能。n制定正確的熱處理工藝規(guī)范，保證熱處制定正確的熱處理工藝規(guī)范，保證熱處理質(zhì)量，必須了解鋼在不同加熱和冷卻理質(zhì)量，必須了解鋼在不同加熱和冷卻條件下的組織變化規(guī)律。鋼中組織轉(zhuǎn)變條件下的組織變化規(guī)律。鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律，就是熱處理的原理。的規(guī)律，就是熱

6、處理的原理。二、熱處理與相圖二、熱處理與相圖n鋼為什么可以進(jìn)行熱處理？鋼為什么可以進(jìn)行熱處理？n是不是所有金屬材料都可以進(jìn)行熱處理呢？是不是所有金屬材料都可以進(jìn)行熱處理呢？1. 熱處理的條件熱處理的條件(1) 有固態(tài)相變有固態(tài)相變(2) 加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金2. 相圖相圖+LL + + LACDBEFFGELL+ + + L + 為什么鋼能熱處理為什么鋼能熱處理?共析鋼共析鋼 +Fe3C共共析轉(zhuǎn)變析轉(zhuǎn)變-相變相變 C溶解度顯著變化溶解度顯著變化在通過(guò)在通過(guò)GS線（線（A3線）或線）或ES線（線（Acm線）時(shí)，分別從奧氏線）時(shí)，分別從奧氏體中析出鐵素體和滲碳體。體

7、中析出鐵素體和滲碳體。所以鋼可以進(jìn)行熱處理，熱所以鋼可以進(jìn)行熱處理，熱處理溫度區(qū)間處理溫度區(qū)間 A1 T TNJEFLL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C鐵碳相圖鐵碳相圖PSK線(A1線)實(shí)際上，鋼進(jìn)行熱處實(shí)際上，鋼進(jìn)行熱處理時(shí)組織轉(zhuǎn)變并不按理時(shí)組織轉(zhuǎn)變并不按相圖上所示的平衡溫相圖上所示的平衡溫度進(jìn)行，通常有不同度進(jìn)行，通常有不同程度的滯后現(xiàn)象，即程度的滯后現(xiàn)象，即實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度要偏離實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度要偏離平衡的臨界溫度。圖平衡的臨界溫度。圖中表示鋼加熱和冷卻中表示鋼加熱和冷卻速度對(duì)臨界溫度的影速度對(duì)臨界溫度的影響。響。n在研究鋼的相變

8、和制定熱處理工藝時(shí)，不僅要考慮溫度的因素，還必須考慮時(shí)間和速度的影響。 如鋼從奧氏體狀態(tài)以不同的速度冷卻時(shí)，將形成不同的產(chǎn)物，獲得不同的組織和性能。 緩慢冷卻時(shí)，相變溫度高，碳、鐵原子擴(kuò)散充分，形成珠光體組織。 較快冷卻時(shí)，相變溫度低，鐵原子擴(kuò)散困難而碳原子尚能進(jìn)行擴(kuò)散，形成貝氏體。 更快速度冷卻時(shí)，相變溫度更低，碳、鐵原子擴(kuò)散困難，形成馬氏體。三、固態(tài)相變的特點(diǎn)n金屬固態(tài)相變與液態(tài)結(jié)晶相比， 相同：相變驅(qū)動(dòng)力-新舊兩相之間的自由能差； 都包含形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。 不同：(一)相變阻力 (二)新相晶核與母相存在一定位向關(guān)系 (三)母相晶體缺陷對(duì)相變起促進(jìn)作用 (四)易于出現(xiàn)過(guò)度相為固態(tài)相變產(chǎn)生

9、的單位體積應(yīng)變能，為固態(tài)相變產(chǎn)生的單位體積應(yīng)變能， E2；E和和分布為金屬的彈性模量和線應(yīng)變。設(shè)新相半徑分布為金屬的彈性模量和線應(yīng)變。設(shè)新相半徑為為r的球體，可求得新相的臨界晶核半徑的球體，可求得新相的臨界晶核半徑rk和臨界形和臨界形核功核功Gk分別為：分別為：(一)相變阻力VSGVGV233162VkkGGGr固態(tài)相變時(shí)，系統(tǒng)總的自由能變化為：固態(tài)相變時(shí)，系統(tǒng)總的自由能變化為：233162VkkGGGr與液態(tài)金屬結(jié)晶相比，臨界晶核半徑和臨界形核功較大，由與液態(tài)金屬結(jié)晶相比，臨界晶核半徑和臨界形核功較大，由于應(yīng)變能的作用，使固態(tài)相變阻力增大，比液態(tài)金屬結(jié)晶難于應(yīng)變能的作用，使固態(tài)相變阻力增大，

10、比液態(tài)金屬結(jié)晶難的多。固態(tài)相變時(shí)原子擴(kuò)散更為困難。的多。固態(tài)相變時(shí)原子擴(kuò)散更為困難。(二二)新相晶核與母相存在一定位向關(guān)系新相晶核與母相存在一定位向關(guān)系n固態(tài)相變時(shí)，為了減小新舊兩相之間的界面能，固態(tài)相變時(shí)，為了減小新舊兩相之間的界面能，新相與母相晶體之間往往存在一定的晶體學(xué)位向新相與母相晶體之間往往存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。如一定溫度下關(guān)系。如一定溫度下-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?Fe時(shí)，新相與時(shí)，新相與母相存在如下晶體學(xué)位向關(guān)系：母相存在如下晶體學(xué)位向關(guān)系： 并且新相往往在母相某一特定晶面上形成，母相并且新相往往在母相某一特定晶面上形成，母相的這個(gè)面稱為慣習(xí)面，這種現(xiàn)象稱為慣習(xí)現(xiàn)象。的這個(gè)面稱為慣

11、習(xí)面，這種現(xiàn)象稱為慣習(xí)現(xiàn)象。(三)母相晶體缺陷對(duì)相變起促進(jìn)作用n固態(tài)相變時(shí)，母相中各種晶體缺陷，如晶界、相界、位錯(cuò)、空位等對(duì)相變有明顯的促進(jìn)作用。由于缺陷周圍晶格有畸變，自由能高，因此容易在這些區(qū)域首先形成晶核。母相晶粒越細(xì)，晶界越多，晶內(nèi)缺陷越多，則轉(zhuǎn)變?cè)娇臁?四四)易于出現(xiàn)過(guò)渡相易于出現(xiàn)過(guò)渡相n過(guò)渡相是一種亞穩(wěn)定相，其成分和結(jié)構(gòu)界于過(guò)渡相是一種亞穩(wěn)定相，其成分和結(jié)構(gòu)界于新舊兩相之間。由于固態(tài)相變阻力大，原子新舊兩相之間。由于固態(tài)相變阻力大，原子擴(kuò)散困難，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低，新舊相成擴(kuò)散困難，尤其當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低，新舊相成分相差很遠(yuǎn)時(shí)，難以形成穩(wěn)定相。過(guò)渡相時(shí)分相差很遠(yuǎn)時(shí)，難以形成穩(wěn)定相。過(guò)渡

12、相時(shí)為了克服相變阻力而形成的一種協(xié)調(diào)性中間為了克服相變阻力而形成的一種協(xié)調(diào)性中間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。四、固態(tài)相變的類型四、固態(tài)相變的類型按相變過(guò)程中原子遷移情況按相變過(guò)程中原子遷移情況n （1）擴(kuò)散型：依靠原子的長(zhǎng)距離擴(kuò)散；相界面非共格。）擴(kuò)散型：依靠原子的長(zhǎng)距離擴(kuò)散；相界面非共格。 （如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，（如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都可擴(kuò)散）都可擴(kuò)散） n（2）非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過(guò)）非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過(guò) 切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān) 系不變；化學(xué)成分不變。系不變；化學(xué)成分不變。 （如

13、馬氏體轉(zhuǎn)變，（如馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都不擴(kuò)散。）都不擴(kuò)散。）n（3）半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。）半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。 （如貝氏體轉(zhuǎn)變，（如貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變，切變，C擴(kuò)散。）擴(kuò)散。） 9-2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 9-3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 9-4 鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變熱處理三個(gè)階段：加熱、保溫、冷卻。通常把鋼熱處理三個(gè)階段：加熱、保溫、冷卻。通常把鋼加熱獲得奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為加熱獲得奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為“奧氏體化奧氏體化”。由加熱轉(zhuǎn)變所得的奧氏體組織狀態(tài)，其中包括奧氏體由加熱轉(zhuǎn)變所得的奧氏體組織狀態(tài)，其中包括奧氏體晶粒的大小、形狀、空間

14、取向、亞結(jié)構(gòu)、成分及其均晶粒的大小、形狀、空間取向、亞結(jié)構(gòu)、成分及其均勻性等，均將直接影響在隨后的冷卻過(guò)程中所發(fā)生的勻性等，均將直接影響在隨后的冷卻過(guò)程中所發(fā)生的轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物和性能。因此，弄清鋼的加熱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物和性能。因此，弄清鋼的加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程，即奧氏體的形成過(guò)程是非常重要的。變過(guò)程，即奧氏體的形成過(guò)程是非常重要的。 9-2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、共析鋼奧氏體的形成過(guò)程一、共析鋼奧氏體的形成過(guò)程 以共析鋼為例說(shuō)明奧氏體的形成過(guò)程。從珠光體向奧氏以共析鋼為例說(shuō)明奧氏體的形成過(guò)程。從珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變方程，體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變方程， + Fe3C 碳含量碳含量C% 0.

15、0218 6.69 0.77 晶格類型晶格類型 體心立方體心立方 復(fù)雜斜方復(fù)雜斜方 面心立方面心立方我們可以看出：我們可以看出：珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變包括珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變包括鐵原子的點(diǎn)陣改鐵原子的點(diǎn)陣改組組，碳原子的擴(kuò)散碳原子的擴(kuò)散和和滲碳體的溶解滲碳體的溶解。 共析珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變包括共析珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變包括奧氏體的形核奧氏體的形核、奧氏體奧氏體的長(zhǎng)大的長(zhǎng)大、殘余滲碳體溶解殘余滲碳體溶解和和奧氏體成分均勻化奧氏體成分均勻化四個(gè)階四個(gè)階段。段。 以上共析碳鋼珠光體向奧氏體等溫形成過(guò)程，可以以上共析碳鋼珠光體向奧氏體等溫形成過(guò)程，可以用下圖形象地表示出來(lái)。用下圖形象地表示出來(lái)。 1、奧氏體的形

16、核、奧氏體的形核（1）形核條件）形核條件 Ac1以上。以上。 （2）形核部位）形核部位鐵素體和滲碳體的相界面上優(yōu)先形核；快速加熱過(guò)熱度鐵素體和滲碳體的相界面上優(yōu)先形核；快速加熱過(guò)熱度較大時(shí)，在鐵素體內(nèi)的亞晶界上也都可以成為形核部位。較大時(shí)，在鐵素體內(nèi)的亞晶界上也都可以成為形核部位。2、奧氏體的長(zhǎng)大、奧氏體的長(zhǎng)大 奧氏體晶核形成后便開始長(zhǎng)大。奧氏體長(zhǎng)大的機(jī)制可做如下的解釋。奧氏體晶核形成后便開始長(zhǎng)大。奧氏體長(zhǎng)大的機(jī)制可做如下的解釋。奧氏體晶核的長(zhǎng)大奧氏體晶核的長(zhǎng)大3、剩余滲碳體的溶解、剩余滲碳體的溶解珠光體向奧轉(zhuǎn)變過(guò)程中，總是鐵素體首先消失，將有一珠光體向奧轉(zhuǎn)變過(guò)程中，總是鐵素體首先消失，將有一

17、部分滲碳體殘留下來(lái)。直到滲碳體全部溶入奧氏體中，部分滲碳體殘留下來(lái)。直到滲碳體全部溶入奧氏體中，此階段便告結(jié)束。此階段便告結(jié)束。 4、奧氏體成分均勻化、奧氏體成分均勻化珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在殘留滲碳體剛剛完全溶珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在殘留滲碳體剛剛完全溶入奧氏體的情況下，入奧氏體的情況下，C在奧氏體中的分布是不均勻在奧氏體中的分布是不均勻的。只有繼續(xù)加熱或保溫，借助于的。只有繼續(xù)加熱或保溫，借助于C原子的擴(kuò)散才原子的擴(kuò)散才能使整個(gè)奧氏體中碳的分布趨于均勻。能使整個(gè)奧氏體中碳的分布趨于均勻。 二、影響奧氏體形成速度的因素二、影響奧氏體形成速度的因素1. 1. 加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)

18、間 在低溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱和在高溫下短時(shí)間加熱都可以得到相同的在低溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱和在高溫下短時(shí)間加熱都可以得到相同的奧氏體狀態(tài)。奧氏體狀態(tài)。2.2. 原始組織的影響原始組織的影響 如果鋼的化學(xué)成分相同，原始組織中碳化物的分散度越大，如果鋼的化學(xué)成分相同，原始組織中碳化物的分散度越大，相界面越多，形核率便越大；珠光體片間距離越小，奧氏體相界面越多，形核率便越大；珠光體片間距離越小，奧氏體中碳濃度梯度越大，擴(kuò)散速度便越快；碳化物分散度越大，中碳濃度梯度越大，擴(kuò)散速度便越快；碳化物分散度越大，使得碳原子擴(kuò)散距離縮短，奧氏體晶體長(zhǎng)大速度增加。使得碳原子擴(kuò)散距離縮短，奧氏體晶體長(zhǎng)大速度增加。 3. 化學(xué)元素

19、的影響化學(xué)元素的影響 （1 1） 碳含量碳含量 鋼中碳含量越高，奧氏體的形成速度越快。增加了奧氏體的鋼中碳含量越高，奧氏體的形成速度越快。增加了奧氏體的形核部位，同時(shí)碳的擴(kuò)散距離相對(duì)減小。形核部位，同時(shí)碳的擴(kuò)散距離相對(duì)減小。 （2） 合金元素的影響合金元素的影響通過(guò)對(duì)碳擴(kuò)散速度影響奧氏體的形成速度通過(guò)對(duì)碳擴(kuò)散速度影響奧氏體的形成速度 合金元素改變鋼的臨界點(diǎn)和碳在奧氏體中的溶解度合金元素改變鋼的臨界點(diǎn)和碳在奧氏體中的溶解度合金元素的均勻化合金元素的均勻化 三、奧氏體晶粒度及影響因素三、奧氏體晶粒度及影響因素1 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度 奧氏體晶粒度是奧氏體晶粒大小的量度奧氏體晶粒度是奧氏體晶粒大

20、小的量度以單位面積內(nèi)晶粒的個(gè)數(shù)或每個(gè)晶粒的平均面以單位面積內(nèi)晶粒的個(gè)數(shù)或每個(gè)晶粒的平均面積或平均直徑來(lái)描述晶粒的大小。積或平均直徑來(lái)描述晶粒的大小。計(jì)算式為計(jì)算式為N = 2 G-1 G：晶粒度級(jí)別：晶粒度級(jí)別N：1平方英寸視場(chǎng)中所包含的平均晶粒數(shù)平方英寸視場(chǎng)中所包含的平均晶粒數(shù)奧氏體晶粒度測(cè)定奧氏體晶粒度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)：如，對(duì)于如，對(duì)于wc=0.35%0.60%的碳鋼與合金鋼，將試的碳鋼與合金鋼，將試樣加熱到（樣加熱到（86010），保溫，保溫1h后淬入冷水或鹽后淬入冷水或鹽水中，然后測(cè)定奧氏體晶粒度。水中，然后測(cè)定奧氏體晶粒度。2. 影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素

21、（1） 加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間T、 t ，A 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大T 的影響遠(yuǎn)大于的影響遠(yuǎn)大于 t。（2） 加熱速度加熱速度-快速加熱，短時(shí)保溫的超細(xì)化工快速加熱，短時(shí)保溫的超細(xì)化工藝如高頻加熱，激光加熱等藝如高頻加熱，激光加熱等（3） 鋼的化學(xué)成分的影響鋼的化學(xué)成分的影響 碳及合金元素的影響碳及合金元素的影響（4）鋼的原始組織的影響）鋼的原始組織的影響 原始組織越細(xì)小，奧氏原始組織越細(xì)小，奧氏體晶粒越細(xì)小。體晶粒越細(xì)小。 9-3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 冷卻過(guò)程冷卻過(guò)程熱處理工藝的關(guān)鍵部分，對(duì)熱處理工藝的關(guān)鍵部分，對(duì)控制熱處理以后的組織與性能起著極大作用，控制熱處理以后的

22、組織與性能起著極大作用，不同的冷卻速度獲不同的組織與性能不同的冷卻速度獲不同的組織與性能一、概述二、共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖三、影響過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變的因素四、珠光體轉(zhuǎn)變五、馬氏體轉(zhuǎn)變六、貝氏體轉(zhuǎn)變七、共過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖及其應(yīng)用過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有和和兩種。兩種。 兩種冷卻方式兩種冷卻方式示意圖示意圖1等溫冷卻等溫冷卻2連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻一、概述一、概述在臨界溫度以下存在且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生在臨界溫度以下存在且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體，叫做轉(zhuǎn)變的奧氏體，叫做過(guò)冷奧氏體過(guò)冷奧氏體。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖TTTTTT圖或圖或C C曲線是

23、獲得曲線是獲得等溫轉(zhuǎn)變組織的主要依據(jù)，是等溫淬火獲得等溫轉(zhuǎn)變組織的主要依據(jù)，是等溫淬火獲得馬氏體組織或貝氏體組織的主要依據(jù)。馬氏體組織或貝氏體組織的主要依據(jù)。(Time-Temperature-Transformation diagram)過(guò)冷奧氏體過(guò)冷奧氏體由于過(guò)冷奧氏體在轉(zhuǎn)變過(guò)程中有體積膨脹和磁性由于過(guò)冷奧氏體在轉(zhuǎn)變過(guò)程中有體積膨脹和磁性轉(zhuǎn)變，有組織和性能的變化，因此可用轉(zhuǎn)變，有組織和性能的變化，因此可用膨脹法、磁膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法、金相性法、電阻法、熱分析法、金相-硬度法硬度法顯示出過(guò)冷顯示出過(guò)冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變過(guò)程。奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變過(guò)程。以金相以金相-硬度法為例，測(cè)定共析鋼等

24、溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)硬度法為例，測(cè)定共析鋼等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線。曲線。二、共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖二、共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)卻到臨界點(diǎn)A1 以下在各以下在各不同溫度下的保溫過(guò)程不同溫度下的保溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線關(guān)系曲線.又稱又稱C曲線、曲線、S 曲線或曲線或TTT曲線。曲線。A1-Ms 間及轉(zhuǎn)變開間及轉(zhuǎn)變開始線以左區(qū)域?yàn)檫^(guò)始線以左區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷奧氏體區(qū)。冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。區(qū)。兩線之間及兩線之間及Ms與與Mf之間為轉(zhuǎn)

25、變區(qū)。之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A1MSMfA過(guò)冷過(guò)冷PBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體奧氏體 轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。 孕育期越小，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性越小孕育期越小，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性越小. 孕育期最小處稱孕育期最小處稱C 曲線的曲線的“鼻尖鼻尖”。碳鋼鼻尖處。碳鋼鼻尖處的溫度為的溫度為550。 在鼻尖以上在鼻尖以上, 溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小. 在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。體穩(wěn)定性增加。 C 曲線的分析曲線的分析 C曲線

26、明確表示曲線明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。物。 不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1550)珠光體珠光體( P)擴(kuò)散型擴(kuò)散型 (3) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550MS) 貝氏體貝氏體( B)半擴(kuò)散型半擴(kuò)散型低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MSMf)馬氏體馬氏體( M)非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型 存在孕育期存在孕育期-過(guò)冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備過(guò)冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備時(shí)間，代表時(shí)間，代表 A過(guò)冷過(guò)冷穩(wěn)定性穩(wěn)定性 存在鼻點(diǎn)存在鼻點(diǎn)-孕育期最短，孕育期最短， A過(guò)冷過(guò)冷最不穩(wěn)定最不穩(wěn)定 T轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)

27、物硬度，產(chǎn)物硬度 馬氏體是過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組馬氏體是過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使過(guò)冷奧氏織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實(shí)用體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實(shí)用亞共析鋼轉(zhuǎn)變式亞共析鋼轉(zhuǎn)變式 過(guò)共析鋼轉(zhuǎn)變式過(guò)共析鋼轉(zhuǎn)變式 AF先共析先共析 + P A Fe3C先共析先共析 + P三、影響三、影響 過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素影響影響C曲線位置和形狀的因素都影響過(guò)冷奧氏曲線位置和形狀的因素都影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變。體等溫轉(zhuǎn)變。 （一）（一） 奧氏體成分的影響奧氏體成分的影響1. 含碳量（含碳量（指溶入奧氏體中

28、的指溶入奧氏體中的C）(1)亞共析鋼：亞共析鋼：C%，C 曲線右移曲線右移(2) 過(guò)共析：過(guò)共析：C%，Ac1Accm時(shí)，時(shí)，左移左移 Accm以上時(shí)，右移。以上時(shí)，右移。A中含碳越高，中含碳越高，Ms和和Mf點(diǎn)越低。點(diǎn)越低。0.9%C0.9C+0.5Mn0.9C+1.2Mn 0.9+2.8MnTT0.5C0.5C+2%Cr0.5C+4%Cr0.5C+8%Cr 除除Co、Al（WAl2.5%）外，其它合金元素溶）外，其它合金元素溶解到奧氏體中后，隨解到奧氏體中后，隨Me%，C曲線右移曲線右移 ，并使，并使Ms點(diǎn)降低。點(diǎn)降低。2. 合金元素合金元素TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,

29、Cu,MnCo, Al 外所有合外所有合金元素金元素非碳化物形成元素非碳化物形成元素只改變只改變C曲線位置：曲線位置： 如如Co, Al, Ni, Cu, SiT中強(qiáng)碳化物形成中強(qiáng)碳化物形成元素元素 Cr 的影響的影響 強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響等的影響強(qiáng)碳化物形成元素的影響強(qiáng)碳化物形成元素的影響W,Mo,V,Ti,Nb 等改變等改變C 曲線位置和形態(tài)曲線位置和形態(tài) （二）（二） 奧氏體狀態(tài)的影響奧氏體狀態(tài)的影響晶粒越細(xì)小，奧氏體越不穩(wěn)定，晶粒越細(xì)小，奧氏體越不穩(wěn)定，C曲線左移；曲線左移；奧氏體成分越不均勻，越不穩(wěn)定，奧氏體成分越不均勻，越不穩(wěn)定，C曲線

30、左曲線左移。移。（三）（三） 應(yīng)力和塑性變形應(yīng)力和塑性變形拉應(yīng)力和塑性變形促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變，壓應(yīng)拉應(yīng)力和塑性變形促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變，壓應(yīng)力阻礙轉(zhuǎn)變。力阻礙轉(zhuǎn)變。n過(guò)冷奧氏體在過(guò)冷奧氏體在 A A1 1到到 550550間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。四、珠光體轉(zhuǎn)變四、珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變:AP（F+Fe3C）n轉(zhuǎn)變特點(diǎn)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)（1）擴(kuò)散型相變（高溫轉(zhuǎn)變）擴(kuò)散型相變（高溫轉(zhuǎn)變）（2）相變過(guò)程中具有鐵基體的晶格改組（面心）相變過(guò)程中具有鐵基體的晶格改組（面心體心）體心）（3）相變過(guò)程中碳原子的重新分布形成新相；）相變過(guò)程中碳原子的重新分布形成新相；珠光體的組織形態(tài)有兩種：珠

31、光體的組織形態(tài)有兩種：片狀珠光體片狀珠光體和和粒狀珠光體粒狀珠光體（一）片狀珠光體的形成、組織和性能（一）片狀珠光體的形成、組織和性能1. 片狀珠光體的形成片狀珠光體的形成 含碳量含碳量0.77%的奧氏體在近于平衡的緩慢冷卻條件下形成的奧氏體在近于平衡的緩慢冷卻條件下形成的珠光體是有滲碳體和鐵素體組成的片層相間的組織。的珠光體是有滲碳體和鐵素體組成的片層相間的組織。2. 片狀珠光體的組織片狀珠光體的組織光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌珠光體、索氏體和托氏體。珠光體、索氏體和托氏體。珠光體珠光體形成溫度為形成溫度為A1650，片層較厚，片層較厚，500倍光鏡下可辨，倍光鏡下可辨，用符號(hào)用

32、符號(hào)P表示表示.n索氏體索氏體形成溫度為形成溫度為650600，片層層間距較細(xì)，約為片層層間距較細(xì)，約為0.250.3m，在，在800-1000倍光鏡下倍光鏡下可辨，用符號(hào)可辨，用符號(hào)S 表示表示。電鏡形貌電鏡形貌n托 氏 體托 氏 體 形 成 溫 度 為形 成 溫 度 為 6 0 0 550，片層極薄，片層極薄， 只有只有0.10.15m，只有在，只有在電鏡下電鏡下可辨，用符號(hào)可辨，用符號(hào)T 表示。表示。3. 片狀珠光體的性能片狀珠光體的性能n片狀珠光體的力學(xué)性能主要取決于珠光體片狀珠光體的力學(xué)性能主要取決于珠光體的片間距。的片間距。n共析鋼珠光體的硬度和斷裂強(qiáng)度隨片間距共析鋼珠光體的硬度和

33、斷裂強(qiáng)度隨片間距的縮小而增大。的縮小而增大。n片狀珠光體的塑性也隨片間距的減小而增片狀珠光體的塑性也隨片間距的減小而增大。大。獲得粒狀珠光體的途徑：獲得粒狀珠光體的途徑：由過(guò)冷奧氏體直接分解而成；由過(guò)冷奧氏體直接分解而成；可由片狀珠光體球化而成；可由片狀珠光體球化而成；可由淬火組織回火形成可由淬火組織回火形成。（二）球（粒）狀珠光體（二）球（粒）狀珠光體與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的硬度和強(qiáng)度較低，與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的硬度和強(qiáng)度較低，塑性和韌性較好。粒狀珠光體的冷變形性能、可加塑性和韌性較好。粒狀珠光體的冷變形性能、可加工性能以及淬火工藝性能都比片狀珠光體好。工性能以及淬火工藝性能都

34、比片狀珠光體好。（三）偽共析組織（三）偽共析組織 (1)定義：偏離共析成分的定義：偏離共析成分的A過(guò)冷過(guò)冷形成的珠光體形成的珠光體 (2)形成條件：下圖紅線區(qū)形成條件：下圖紅線區(qū)GSEGE+ Fe3Cx1x2A3AcmA1Twc 通過(guò)加快鋼冷卻速度，通過(guò)加快鋼冷卻速度，可獲得強(qiáng)硬度較好的偽共可獲得強(qiáng)硬度較好的偽共析組織析組織亞共析鋼熱軋后即水冷或噴霧冷卻亞共析鋼熱軋后即水冷或噴霧冷卻F先先% ，P%， bV冷冷，(正火代替退火正火代替退火)，抑制，抑制Fe3C先先消除網(wǎng)狀滲碳體消除網(wǎng)狀滲碳體(3) 應(yīng)用應(yīng)用五、五、 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變n當(dāng)奧氏體過(guò)冷到當(dāng)奧氏體過(guò)冷到MsMs以下將轉(zhuǎn)變以下將轉(zhuǎn)變

35、為馬氏體類型組織。為馬氏體類型組織。n馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。徑之一。（一）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)、組織（一）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)、組織和性能和性能1. 1. 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)n碳在碳在 -Fe-Fe中的過(guò)飽和固溶體，中的過(guò)飽和固溶體，用用M M表示。表示。馬氏體組織馬氏體組織l馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中. .n鋼中馬氏體具有兩種類型結(jié)構(gòu)：體心立方和體心正方晶鋼中馬氏體具有兩種類型結(jié)構(gòu)：體心立方和體心正方晶格（格（a=a=bcbc）n含碳量較高時(shí)，為體心正方；低碳或無(wú)碳時(shí)為體心立方。含碳量較

36、高時(shí)，為體心正方；低碳或無(wú)碳時(shí)為體心立方。n軸比軸比c/a c/a 稱馬氏體的正方度。稱馬氏體的正方度。2. 馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài)n 馬氏體的形態(tài)分馬氏體的形態(tài)分板條板條和和片狀片狀兩類。兩類。板條馬氏體板條馬氏體：低碳鋼、中：低碳鋼、中碳鋼碳鋼n 在光鏡下板條馬氏體為在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。板條一束束的細(xì)條組織。板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)，又稱的位錯(cuò)，又稱位錯(cuò)馬氏體位錯(cuò)馬氏體。光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下片狀馬氏體片狀馬氏體： 高碳鋼高碳鋼n立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。n在電鏡下，亞

37、結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體孿晶馬氏體。n馬氏體的形態(tài)主要取決于馬氏體的形態(tài)主要取決于奧氏體的含碳量奧氏體的含碳量，與馬氏體轉(zhuǎn)變開，與馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度有關(guān)。始溫度有關(guān)。電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下含碳量wc0.2%，板條馬氏體；含碳量wc1.0%，片狀馬氏體。n高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。n馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。l當(dāng)含碳量大于當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。時(shí)，其硬度趨于平緩。l合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。l馬氏體強(qiáng)化的原因：馬氏體強(qiáng)化的原因：過(guò)

38、飽和碳引起的固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化以及時(shí)效強(qiáng)化。以及時(shí)效強(qiáng)化。l馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式，馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式，針狀馬針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。3. 馬氏體的性能馬氏體的性能1. 馬氏體相變具有無(wú)擴(kuò)散性馬氏體相變具有無(wú)擴(kuò)散性l馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。2. 切變共格性與表面浮凸現(xiàn)象切變共格性與表面浮凸現(xiàn)象3.具有特定的慣習(xí)面和位向關(guān)系具有特定的慣習(xí)面和位向關(guān)系4. 在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的不可能獲

39、得不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái)，稱殘余奧氏體，用下來(lái)，稱殘余奧氏體，用A 或或 表示。殘余奧氏體的數(shù)量與表示。殘余奧氏體的數(shù)量與奧氏體中的含碳量有關(guān)。奧氏體中的含碳量有關(guān)。5. 具有可逆性具有可逆性（二）（二） 馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)（a）取向關(guān)系）取向關(guān)系馬氏體與奧氏體之間存在下列位向關(guān)系：馬氏體與奧氏體之間存在下列位向關(guān)系：K-S關(guān)系：關(guān)系：Fe-C合金合金 1.4%C011111 ；111011西山關(guān)系（西山關(guān)系（N）關(guān)系：）關(guān)系：30%Ni的的Fe-Ni合金和合金和Fe-C合金合金1.4%C：011

40、111 ；011211 （b）慣習(xí)面）慣習(xí)面馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，慣習(xí)面隨奧氏體的含碳量不同而不同：馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，慣習(xí)面隨奧氏體的含碳量不同而不同：0.6%C 為為1110.6-1.4%C 為為2251.4%C 為為259慣習(xí)面隨馬氏體形成溫度（慣習(xí)面隨馬氏體形成溫度（Ms）降低有向高指數(shù)變化的趨勢(shì)）降低有向高指數(shù)變化的趨勢(shì)350 111350-100 225100 259六、貝氏體（六、貝氏體（B）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變n貝氏體轉(zhuǎn)變：貝氏體轉(zhuǎn)變：鋼在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫鋼在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上度以上(550- Ms)范圍內(nèi)，過(guò)冷奧氏體發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變。范圍內(nèi)，過(guò)冷奧氏體發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變

41、。（又（又稱中溫轉(zhuǎn)變）稱中溫轉(zhuǎn)變）n貝氏體：由鐵素體和碳化物組成的雙相組織。貝氏體：由鐵素體和碳化物組成的雙相組織。n貝氏體轉(zhuǎn)變機(jī)制：切變貝氏體轉(zhuǎn)變機(jī)制：切變擴(kuò)散混合機(jī)制擴(kuò)散混合機(jī)制n擴(kuò)散：碳化物的析出擴(kuò)散：碳化物的析出n（碳可以在鐵素體中擴(kuò)散，而鐵不能）（碳可以在鐵素體中擴(kuò)散，而鐵不能）n切變：基體晶格的改組切變：基體晶格的改組n（新相與母相之間保持共格關(guān)系）（新相與母相之間保持共格關(guān)系）（一）（一）貝氏體的組織形態(tài)貝氏體的組織形態(tài)上貝氏體（上貝氏體（B上上）下貝氏體（下貝氏體（B下下）對(duì)于對(duì)于c0.4的碳素鋼中，的碳素鋼中， B上上和和B下下約以約以350為界為界上貝氏體上貝氏體下貝氏體下

42、貝氏體B上上組織組織圖圖9-52(45) B上上的顯微組織的顯微組織a）金相組織）金相組織 500X (羽毛狀羽毛狀) b）透射電鏡組織）透射電鏡組織 4000XB上上組織分析組織分析B上上：鐵素體鐵素體（又稱（又稱BF） 滲碳體滲碳體鐵素體鐵素體：板條狀平行生長(zhǎng)，條板條狀平行生長(zhǎng)，條較寬，其寬度隨形成溫度的較寬，其寬度隨形成溫度的下降而變細(xì)。下降而變細(xì)。BF含過(guò)飽和的含過(guò)飽和的碳，存在位錯(cuò)纏結(jié)，其形態(tài)碳，存在位錯(cuò)纏結(jié)，其形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)與板條和亞結(jié)構(gòu)與板條M相似。相似。滲碳體滲碳體：在相鄰鐵素體條間存：在相鄰鐵素體條間存在，不連續(xù)、短桿狀，其主在，不連續(xù)、短桿狀，其主軸方向與軸方向與F板條長(zhǎng)軸方

43、向平行板條長(zhǎng)軸方向平行B下下組織的分析組織的分析n B下下形態(tài)形態(tài)：呈針狀或針葉狀（與片狀呈針狀或針葉狀（與片狀M相似）相似）n B下下相組成物：相組成物：鐵素體碳化物鐵素體碳化物(FeXC)鐵素體：內(nèi)部含有過(guò)飽和的碳，其固溶量隨形成溫度的降低而鐵素體：內(nèi)部含有過(guò)飽和的碳，其固溶量隨形成溫度的降低而增高，增高，c高達(dá)高達(dá)0.3。碳化物碳化物(FeXC) （也稱也稱- -碳化物碳化物） ： 具有六方結(jié)構(gòu)，成份不具有六方結(jié)構(gòu)，成份不定定 ，平行排列，并與平行排列，并與F長(zhǎng)軸呈長(zhǎng)軸呈5565取取向向nB下下形核位置：少數(shù)在形核位置：少數(shù)在A晶界上，多數(shù)在晶界上，多數(shù)在A晶粒內(nèi)部晶粒內(nèi)部nB下下亞結(jié)構(gòu)

44、：高密度位錯(cuò)（比亞結(jié)構(gòu)：高密度位錯(cuò)（比B上上高），不存在孿晶高），不存在孿晶(回憶片狀回憶片狀M組織組織)(二二) B的性能的性能nB的性能取決于組織形態(tài)。（雙相組織）的性能取決于組織形態(tài)。（雙相組織）n其組織形態(tài)與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。其組織形態(tài)與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。n變化規(guī)律為：變化規(guī)律為：n一般溫度愈低，一般溫度愈低，nBF的晶粒愈細(xì)、含碳量愈高；的晶粒愈細(xì)、含碳量愈高；n碳化物的尺寸減小、數(shù)量增多。碳化物的尺寸減小、數(shù)量增多。n其形態(tài)由短桿狀向細(xì)片狀變化其形態(tài)由短桿狀向細(xì)片狀變化。強(qiáng)度、硬度增加強(qiáng)度、硬度增加B上上：（形成溫度較高）：（形成溫度較高）n鐵素體晶粒和碳化物顆粒較粗大，碳化物呈短桿狀平行

45、分鐵素體晶粒和碳化物顆粒較粗大，碳化物呈短桿狀平行分布于鐵素體板條之間，兩個(gè)相的分布具有明顯的方向性。布于鐵素體板條之間，兩個(gè)相的分布具有明顯的方向性。400 550 ：沖擊韌性低，硬度也低沖擊韌性低，硬度也低工程材料中回避其形成工程材料中回避其形成B下下：（形成溫度較低）：（形成溫度較低）n鐵素體晶粒和碳化物顆粒細(xì)小，在鐵素體晶粒和碳化物顆粒細(xì)小，在BF內(nèi)部沉淀析出內(nèi)部沉淀析出細(xì)小彌散分布的細(xì)小彌散分布的-碳化物碳化物(FeXC)，位錯(cuò)密度很高。位錯(cuò)密度很高。具有良好的綜合力學(xué)性能具有良好的綜合力學(xué)性能強(qiáng)度高，韌性好強(qiáng)度高，韌性好（三）貝氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)（三）貝氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)n1. 貝氏體轉(zhuǎn)變是一

46、個(gè)形核與長(zhǎng)大過(guò)程貝氏體轉(zhuǎn)變是一個(gè)形核與長(zhǎng)大過(guò)程n2. 貝氏體中鐵素體的形成是按馬氏體轉(zhuǎn)變機(jī)制貝氏體中鐵素體的形成是按馬氏體轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行的進(jìn)行的n3. 貝氏體中碳化物的分布與形成溫度有關(guān)貝氏體中碳化物的分布與形成溫度有關(guān)（四）魏氏組織及性能（四）魏氏組織及性能定義：在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度相對(duì)較快時(shí)，鋼中定義：在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度相對(duì)較快時(shí)，鋼中先共析相先共析相(先共析鐵素體或先共析滲碳體先共析鐵素體或先共析滲碳體)以針狀或片狀形以針狀或片狀形態(tài)從原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內(nèi)平行或規(guī)則生態(tài)從原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內(nèi)平行或規(guī)則生長(zhǎng)，并與片狀珠光體混合存在，該組織稱為長(zhǎng)，

47、并與片狀珠光體混合存在，該組織稱為魏氏組織魏氏組織。wc1.2%在鑄造、在鑄造、熱軋、鍛造后的空冷，焊縫熱軋、鍛造后的空冷，焊縫或熱影響區(qū)空冷，或溫度過(guò)或熱影響區(qū)空冷，或溫度過(guò)高以較快速度冷卻時(shí)。高以較快速度冷卻時(shí)。鐵素體魏氏組織鐵素體魏氏組織滲碳體魏氏組織滲碳體魏氏組織 鐵素體魏氏組織形成條件鐵素體魏氏組織形成條件A晶粒粗大；冷速適當(dāng)；一定的含碳量范圍晶粒粗大；冷速適當(dāng)；一定的含碳量范圍（0.150.35%）。）。 緩慢：緩慢：Fe擴(kuò)散擴(kuò)散網(wǎng)狀網(wǎng)狀F 過(guò)快：過(guò)快：C來(lái)不及擴(kuò)散，抑制來(lái)不及擴(kuò)散，抑制F形成形成 總體：冷速較大時(shí)易形成總體：冷速較大時(shí)易形成 魏氏組織的機(jī)械性能：魏氏組織的機(jī)械性能

48、： 韌性韌性，重要工件需評(píng)級(jí)。，重要工件需評(píng)級(jí)。消除方法：正火消除方法：正火七、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)七、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖及其應(yīng)用變圖及其應(yīng)用實(shí)際上在連續(xù)冷卻時(shí)，過(guò)冷實(shí)際上在連續(xù)冷卻時(shí)，過(guò)冷A是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變的，是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變的，過(guò)冷過(guò)冷A在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中得到的往往是不均勻的混合組織。在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中得到的往往是不均勻的混合組織。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖通常稱為連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖通常稱為CCT圖（圖（Continuous Cooling Transformation)（一）（一）CCT圖的建立圖的建立最常用的方法是綜合熱分析、金相、硬度和膨脹法等多種方法最常用的方法是綜合

49、熱分析、金相、硬度和膨脹法等多種方法一同，測(cè)定某種鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖。一同，測(cè)定某種鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖。 試樣為試樣為310mm ，在試樣上焊，在試樣上焊Pt-PtRh溫差熱電偶，溫差熱電偶，A化后，以不同的速度冷卻，用快速膨脹儀，測(cè)量長(zhǎng)度的變化，化后，以不同的速度冷卻，用快速膨脹儀，測(cè)量長(zhǎng)度的變化，找出轉(zhuǎn)變開始和終了的溫度和時(shí)間，獲得連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。找出轉(zhuǎn)變開始和終了的溫度和時(shí)間，獲得連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。n共析鋼CCT曲線只有珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)沒(méi)有貝氏體形成。n臨界淬火速度，過(guò)冷奧氏體過(guò)冷至Ms點(diǎn)一下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度。vc(二二)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析連

50、續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析1、共析碳鋼和過(guò)共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖，只有高溫區(qū)的、共析碳鋼和過(guò)共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖，只有高溫區(qū)的P轉(zhuǎn)變和低溫區(qū)的轉(zhuǎn)變和低溫區(qū)的M轉(zhuǎn)變，而無(wú)中溫區(qū)的轉(zhuǎn)變，而無(wú)中溫區(qū)的B轉(zhuǎn)變，亞共析碳鋼可轉(zhuǎn)變，亞共析碳鋼可以有以有B轉(zhuǎn)變。亞共析鋼和過(guò)共析鋼有先共析相轉(zhuǎn)變。亞共析鋼和過(guò)共析鋼有先共析相F和和Cem析出線，析出線，由于先共析相的析出，可以改變由于先共析相的析出，可以改變A的的C含量，從而使隨后在低含量，從而使隨后在低溫區(qū)發(fā)生溫區(qū)發(fā)生M轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的Ms發(fā)生相應(yīng)的變化。發(fā)生相應(yīng)的變化。2、合金鋼的、合金鋼的CCT圖，可以有圖，可以有P轉(zhuǎn)變無(wú)轉(zhuǎn)變無(wú)B轉(zhuǎn)變或只有轉(zhuǎn)變或只有B轉(zhuǎn)變無(wú)轉(zhuǎn)變

51、無(wú)P轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變等多種不同的情況，具體的情況由加入的合金元素種類和數(shù)變等多種不同的情況，具體的情況由加入的合金元素種類和數(shù)量而定。量而定。3、在等溫條件下合金元素推遲過(guò)冷、在等溫條件下合金元素推遲過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變，在連續(xù)冷卻的等溫轉(zhuǎn)變，在連續(xù)冷卻條件下，合金元素也降低過(guò)冷條件下，合金元素也降低過(guò)冷A的轉(zhuǎn)變速度，使的轉(zhuǎn)變速度，使CCT曲線右移。曲線右移。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖分析4、A晶粒度對(duì)晶粒度對(duì)CCT圖的影響規(guī)律是，圖的影響規(guī)律是，A晶粒粗大晶粒粗大CCT圖移向右圖移向右下方。下方。5、不論、不論P(yáng)轉(zhuǎn)變，還是轉(zhuǎn)變，還是B轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，都只有相當(dāng)轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，都只有相

52、當(dāng)于于C曲線的上半部分。曲線的上半部分。6、連續(xù)冷卻時(shí)，在一定的冷卻條件下，、連續(xù)冷卻時(shí)，在一定的冷卻條件下，A在高溫區(qū)的轉(zhuǎn)變不能在高溫區(qū)的轉(zhuǎn)變不能完成，余下的完成，余下的A則在中溫區(qū)及低溫的則在中溫區(qū)及低溫的M轉(zhuǎn)變區(qū)繼續(xù)轉(zhuǎn)變，最終轉(zhuǎn)變區(qū)繼續(xù)轉(zhuǎn)變，最終得到混合組織。由于在高溫和中溫區(qū)的轉(zhuǎn)變，會(huì)改變余下得到混合組織。由于在高溫和中溫區(qū)的轉(zhuǎn)變，會(huì)改變余下A的的C含量，從而使含量，從而使Ms發(fā)生相應(yīng)的變化。發(fā)生相應(yīng)的變化。（三）（三）CCT曲線和曲線和TTT曲線比較曲線比較n連續(xù)冷卻過(guò)程可看成是無(wú)數(shù)個(gè)溫度相差連續(xù)冷卻過(guò)程可看成是無(wú)數(shù)個(gè)溫度相差很小的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程。很小的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程。n轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是不同溫

53、度下等溫轉(zhuǎn)變組織的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變組織的混合。混合。n由于冷卻速度的影響，使連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變由于冷卻速度的影響，使連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變又有不同于等溫轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。又有不同于等溫轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。1、共析鋼和過(guò)共析鋼中連續(xù)冷卻時(shí)不出現(xiàn)貝氏體、共析鋼和過(guò)共析鋼中連續(xù)冷卻時(shí)不出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變，這是由于奧氏體碳濃度高，是貝氏體孕育轉(zhuǎn)變，這是由于奧氏體碳濃度高，是貝氏體孕育期大大延長(zhǎng)，連續(xù)冷卻時(shí)貝氏體來(lái)不及轉(zhuǎn)變，同期大大延長(zhǎng)，連續(xù)冷卻時(shí)貝氏體來(lái)不及轉(zhuǎn)變，同樣，在某些合金鋼中，連續(xù)冷卻時(shí)不出現(xiàn)珠光體樣，在某些合金鋼中，連續(xù)冷卻時(shí)不出現(xiàn)珠光體轉(zhuǎn)變也是這個(gè)原因。轉(zhuǎn)變也是這個(gè)原因。2、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右

54、下方。、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下方。這說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度低，孕育期長(zhǎng)。這說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度低，孕育期長(zhǎng)。3、用、用TTT曲線來(lái)估計(jì)連續(xù)冷卻過(guò)程是不合適的。曲線來(lái)估計(jì)連續(xù)冷卻過(guò)程是不合適的。（四）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖應(yīng)用（四）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖應(yīng)用n1. 從從CCT曲線上可以獲得真實(shí)的鋼的曲線上可以獲得真實(shí)的鋼的臨界淬火速度臨界淬火速度n2. CCT曲線是制訂正確冷卻規(guī)范的依曲線是制訂正確冷卻規(guī)范的依據(jù)據(jù)n3. 根據(jù)根據(jù)CCT曲線可以估計(jì)淬火以后鋼曲線可以估計(jì)淬火以后鋼件的組織和性能件的組織和性能 9-4 鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變淬火淬火：鋼加熱到鋼加熱到AC3或或AC1以上

55、，保溫，以上，保溫， VV臨界臨界，M 或或 B回火回火：淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)A1的某溫度，保溫后以適的某溫度，保溫后以適 當(dāng)方式冷卻到室溫的熱處理工藝。當(dāng)方式冷卻到室溫的熱處理工藝。n套用熱處理定義：套用熱處理定義：n加熱溫度：低于臨界點(diǎn)加熱溫度：低于臨界點(diǎn)A1n保溫時(shí)間保溫時(shí)間：2h左右左右n冷卻方式：適當(dāng)方式冷卻方式：適當(dāng)方式回火的原因回火的原因淬火鋼的組織主要是淬火鋼的組織主要是M或或M+A（殘余殘余A）M或或A 在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)M或或A 趨于向鐵素體加滲碳體趨于向鐵素體加滲碳體(碳化物碳化物)的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。并且

56、淬火鋼中內(nèi)應(yīng)力很大。并且淬火鋼中內(nèi)應(yīng)力很大。殘余奧氏體處于過(guò)冷狀態(tài)殘余奧氏體處于過(guò)冷狀態(tài)馬氏體處于含碳過(guò)飽和狀態(tài)馬氏體處于含碳過(guò)飽和狀態(tài)回火目的回火目的（1）調(diào)整鋼強(qiáng)硬度與塑韌性的配合，獲要）調(diào)整鋼強(qiáng)硬度與塑韌性的配合，獲要求的性能求的性能（2）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂（3）穩(wěn)定組織，防尺寸變化）穩(wěn)定組織，防尺寸變化 一、回火過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變回火過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變1. M中碳的偏聚中碳的偏聚2. M的分解的分解3. A 的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變4. 碳化物的轉(zhuǎn)變碳化物的轉(zhuǎn)變5. Fe3C的聚集長(zhǎng)大和的聚集長(zhǎng)大和相回復(fù)、再結(jié)晶相回復(fù)、再結(jié)晶1. M中碳的偏聚中碳的偏聚n偏

57、聚：偏聚：從不同的位置集中到某個(gè)部位；遷移（擴(kuò)散）從不同的位置集中到某個(gè)部位；遷移（擴(kuò)散）n碳的起始位置：淬火碳的起始位置：淬火M中過(guò)飽和的碳原子處于體心中過(guò)飽和的碳原子處于體心 立方晶格扁八面體間隙位置（受壓）。立方晶格扁八面體間隙位置（受壓）。n偏聚條件：偏聚條件：n 溫度：溫度：80-100(低溫低溫)n碳的偏聚的位置：碳的偏聚的位置：n含碳量：低于含碳量：低于0.25n位錯(cuò)線附近：形成位錯(cuò)線附近：形成“柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)”n含碳量：高于含碳量：高于0.25n位錯(cuò)線附近：形成位錯(cuò)線附近：形成“柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)” （少量（少量C)n垂至于垂至于C軸的（軸的（100）面：碳原子偏聚區(qū)（大量）面

58、：碳原子偏聚區(qū)（大量C)2. M的分解的分解n分解：由分解：由1個(gè)相變成個(gè)相變成2個(gè)相個(gè)相nM:單相（過(guò)飽和的單相（過(guò)飽和的固溶體）固溶體）n條件條件n溫度：高于溫度：高于80n分解：分解：M 相相 碳化物碳化物n多余的碳原子與多余的碳原子與Fe形成化合物：形成化合物： 碳化物碳化物n母相由過(guò)飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)；母相由過(guò)飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)；n正方度正方度c/a度減小，直到度減小，直到c/a 1回火馬氏體：低碳回火馬氏體：低碳相和彌散分布的，并與之保持相和彌散分布的，并與之保持共格關(guān)系的共格關(guān)系的 碳化物構(gòu)成的組織碳化物構(gòu)成的組織0.20.3% C偏聚、有序偏聚、有序化、化合形成化、化合

59、形成正方度正方度c/a的變化曲線的變化曲線分析：回火溫度愈高，正方度減小得愈快，所用的分解時(shí)間短分析：回火溫度愈高，正方度減小得愈快，所用的分解時(shí)間短M分解的分類（高碳鋼，根據(jù)回火溫度）分解的分類（高碳鋼，根據(jù)回火溫度）兩相式分解兩相式分解：80-150，碳原子擴(kuò)散能力低，碳原子擴(kuò)散能力低，M的分解只能依的分解只能依靠靠 碳化物在碳化物在M晶體內(nèi)不斷生核、析出，而不能依靠其長(zhǎng)大進(jìn)晶體內(nèi)不斷生核、析出，而不能依靠其長(zhǎng)大進(jìn)行。緊靠行。緊靠 碳化物周圍形成貧碳區(qū)，遠(yuǎn)離碳化物周圍形成貧碳區(qū)，遠(yuǎn)離 碳化物的碳化物的M仍保仍保持較高的碳濃度，因此組織中除了持較高的碳濃度，因此組織中除了 碳化物外，還有碳濃

60、度不碳化物外，還有碳濃度不同的兩種同的兩種相。相。連續(xù)式分解連續(xù)式分解：150-350，碳原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，碳原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)， 碳化物能碳化物能從較遠(yuǎn)處獲得碳原子而長(zhǎng)大，最終碳濃度達(dá)到基本一致或從較遠(yuǎn)處獲得碳原子而長(zhǎng)大，最終碳濃度達(dá)到基本一致或M的碳濃度連續(xù)地降低。的碳濃度連續(xù)地降低。自回火自回火定義：含碳量低于定義：含碳量低于0.2的板條的板條M在淬火冷卻時(shí)發(fā)在淬火冷卻時(shí)發(fā)生碳原子偏聚到位錯(cuò)線附近的現(xiàn)象。生碳原子偏聚到位錯(cuò)線附近的現(xiàn)象。 則在則在100-200回火時(shí)不形成回火時(shí)不形成 碳化物。碳化物。不進(jìn)行專門的人工加熱，而是不進(jìn)行專門的人工加熱，而是“自己主動(dòng)自己主動(dòng)”利用淬火冷卻時(shí)的預(yù)