第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變主要內(nèi)容：1、鋼在加熱時(shí)組織的轉(zhuǎn)變；2、鋼在冷卻時(shí)組織的轉(zhuǎn)變。重點(diǎn)：1、奧氏體化過程以及每個(gè)階段的特征2、奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變（TTT）產(chǎn)物3、影響TTT曲線的因素難點(diǎn)：1、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT曲線）2、TTT與CCT的異同12一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度（一）鋼的臨界溫度

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加熱和冷卻不是很緩慢，因此實(shí)際發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與相圖的A1、A3、Acm

有一定的偏離。通常加熱用Ac1、Ac3、Accm

表示，冷卻用Ar1、Ar3、Arcm表示。圖1鋼在加熱、冷卻時(shí)的臨界溫度

3奧氏體的形成(二)奧氏體化過程Fe3CA殘余Fe3CAAAA形核A

長(zhǎng)大殘余Fe3C溶解A均勻化未溶Fe3C圖2奧氏體化過程示意圖4（四）奧氏體晶粒度的概念起始晶粒度：珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變剛剛完成時(shí)奧氏體晶粒的大小。一般比較細(xì)小而均勻?qū)嶋H晶粒度：熱處理后所獲得的奧氏體晶粒的大小。一般比起始晶粒度大本質(zhì)晶粒度：某種鋼在規(guī)定的加熱條件下，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向，不是晶粒大小的實(shí)際度量。56二、奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變直接影響到熱處理后鋼的組織和力學(xué)性能，冷卻是熱處理中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。過冷奧氏體暫時(shí)保留在A1以下的奧氏體。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變等溫冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)組織轉(zhuǎn)變。7（一）奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變（1）

建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線----TTT曲線(C曲線)T---timeT---temperatureT---transformation以共析鋼為例，將若干試驗(yàn)片加熱到AC1線以上溫度并保溫，使其轉(zhuǎn)變成均勻的奧氏體，然后分別投入不同溫度（700℃、600℃、

500℃）鹽浴中，觀測(cè)其組織和測(cè)定硬度，便可測(cè)出過冷奧氏體在不同等溫槽中開始轉(zhuǎn)變好終了的時(shí)間。8穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。圖3共析鋼C曲線分析（一）奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變9（1）普通珠光體形成溫度為A1～650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖4普通珠光體形貌1011（2）細(xì)珠光體形貌像電鏡形貌形成溫度為650-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨。1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖5細(xì)珠光體形貌12（3）極細(xì)珠光體形貌形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨。1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖5極細(xì)珠光體形貌132.中溫轉(zhuǎn)變由于轉(zhuǎn)變溫度降低，原子的擴(kuò)散能力減弱，轉(zhuǎn)變具有擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變和非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變的兩重性。轉(zhuǎn)變過程中，碳原子只能做短距離的擴(kuò)散，鐵原子幾乎不擴(kuò)散，僅從面心立方晶格改組為體心立方晶格。鐵素體中碳含量有過飽和現(xiàn)象。這種過飽和的鐵素體和細(xì)小顆粒狀滲碳體的機(jī)械混合物成為貝氏體。用B表示。在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)域，由于轉(zhuǎn)變溫度的不同，碳原子的擴(kuò)散能力有差別，因而形成的貝氏體形態(tài)、性能也有所不同。在550℃-350℃范圍內(nèi)奧氏體轉(zhuǎn)變成的組織稱為上貝氏體。在350℃-Ms范圍內(nèi)形成的組織稱為下貝氏體。（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能14（1）上貝氏體形貌在光鏡下呈羽毛狀。在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖6上貝氏體形貌15（2）350～230℃:B下;45～55HRC;良好綜合力學(xué)性能，生產(chǎn)中常等溫淬火獲得。B下=過飽和碳α-Fe針葉狀+Fe3C細(xì)片狀過飽和碳α-Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀（1）上貝氏體形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖7上貝氏體形貌結(jié)構(gòu)示意圖16光鏡下電鏡下光鏡下呈竹葉狀。在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60o角。（2）下貝氏體形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖8下貝氏體形貌結(jié)構(gòu)17上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。

上貝氏體圖9貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能18當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。(1)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖10馬氏體組織金相圖19馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。①板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下(2)馬氏體的形態(tài)3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖11板條馬氏體結(jié)構(gòu)圖20②針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下光鏡下3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖12針狀馬氏體結(jié)構(gòu)圖21圖13馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強(qiáng)度σb(MPa)180014001000600200(3)馬氏體的性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能22針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.圖12馬氏體透射電鏡圖23(4)馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過程。其主要特點(diǎn)是：

①無擴(kuò)散性鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能3.馬氏體轉(zhuǎn)變圖13馬氏體組織圖24MfMsM(50%)（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能②降溫形成馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏體點(diǎn)，用Ms表示。馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf

表示。只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。3.馬氏體轉(zhuǎn)變圖14馬氏體轉(zhuǎn)變曲線25’殘余奧氏體，用A’

或’表示。③高速長(zhǎng)大馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長(zhǎng)大。當(dāng)一片馬氏體形成時(shí)，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。④轉(zhuǎn)變不完全即使冷卻到Mf點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖15殘余奧氏體組織圖26（三）奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實(shí)際生產(chǎn)中，如一般淬火、正火、退火等，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變均是在連續(xù)冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的，所以研究奧氏體在連續(xù)冷卻過程中的轉(zhuǎn)變具有十分重要的意義。在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體同樣會(huì)轉(zhuǎn)變成珠光體或貝氏體等。組織轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域與奧氏體等溫轉(zhuǎn)變大致相同。但連續(xù)冷卻卻是按照一定的速度從較高的溫度冷卻，奧氏體的組織轉(zhuǎn)變發(fā)生在各個(gè)不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域。因此就會(huì)得到不同的產(chǎn)物。27Vk共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖時(shí)間溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk′爐冷空冷（四）奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖16共析鋼CCT曲線圖28（1）圖中冷卻速度v1相當(dāng)于隨爐冷卻的速度，根據(jù)v1與C曲線相交的位置，過冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w(P)；（2）冷卻速度v2相當(dāng)于空氣中冷卻的速度，根據(jù)v2與C曲線相交的位置，過冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w(S)；（3）冷卻速度v3相當(dāng)于淬火時(shí)的冷卻速度，有一部分過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w(T)，剩余的過冷奧氏體冷卻到Ms開始轉(zhuǎn)變成馬氏體(M)，最終獲得屈氏體＋馬氏體＋殘余奧氏體的混合組織；（4）冷卻速度v4相當(dāng)于在水中冷卻時(shí)的冷卻速度，它不與C曲線相交，一直過冷到Ms點(diǎn)以下開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(M)，得到馬氏體和殘余奧氏體的混合組織。冷卻速度vk與C曲線鼻尖相切，為該鋼的臨界冷卻速度。29過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變情況亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf（三）碳量對(duì)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響30過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfAcm時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf31影響TTT曲線形狀與位置的因素（1）奧氏體中含碳量的影響:

亞共析鋼的C曲線隨含碳量的增加右移；過共析鋼的C曲線隨含碳量的增加左移。過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A132（2）奧氏體中含合金元素的影響:除Co外,能溶入奧氏體使過冷奧氏體穩(wěn)定性增大的合金元素會(huì)使C曲線右移動(dòng)；溶入較多碳化物形成元素，使C曲線出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖。向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼（3）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長(zhǎng),碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而使TTT曲線向右移。331、同一成分的鋼的CCT曲線位于C曲線右下方。要獲得同樣的組織，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變比等溫轉(zhuǎn)變的溫度要低些，孕育期要長(zhǎng)些。2、連續(xù)冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型可能不只一種，有時(shí)是幾種類型組織的混合。3、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)，共析鋼不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。三、共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較3445號(hào)鋼CCT圖35總結(jié)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1～650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650～600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600～550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550～350半擴(kuò)散型羽