一、钢在加热时的组织转变
1．钢在加热和冷却时的相变温度
钢在固态下进行加热、保温和冷却时将发生组织转变，转变临界点根据Fe-Fe
3
C 相图确定。
平衡状态下：当钢在缓慢加热或冷却时，其固态下的临界点分别用Fe-Fe
3
C相图
中的平衡线A
1(PSK线)、A
3
(GS线)、A
cm
(ES线)表示。
实际加热和冷却时：发生组织转变的临界点都要偏离平衡临界点，并且加热和冷却速度越快，其偏离的程度越大。
实际加热时——临界点分别用Ac
1、Ac
3
、Ac
cm
表示
实际冷却时——临界点分别用Ar
1、Ar
3
、Ar
cm
表示
钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。
加热至Ac
1
以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P → A）；
加热至Ac
3
以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F → A）；
加热至Ac
cm 以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe
3
C
I
→ A）
2．奥氏体的形成
钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。
共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化
亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化
2、奥氏体的晶粒大小
奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。
[奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。
[本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。
[本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。
3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素
热处理工艺参数：加热速度、加热温度、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。
钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化
物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。
原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
奥氏体冷却降至A
1以下时（A
1
以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将
发生组织转变。热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。
45钢经840℃加热在不同条件冷却后的力学性能
冷却方法
抗拉强度
/MPa 屈服点
/MPa
断后伸长
率/％
断面收缩
率/％
硬度/HRC
随炉冷却53028032.549.315～18
空气中冷
却670～
720
34015～1845～5018～24
油中冷却90062018～204840～50
水中冷却11007207～812～1452～60
1．奥氏体的等温转变
奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。这是一种不稳定的过冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转变为稳定的新相。这种转变就称为奥氏体的等温转变。
[等温冷却转变]：钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点(Ar
1或Ar
3)
线以下，等温保
持时过冷奥氏体发生的转变。
[等温转变曲线]：可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“TTT图”，T——t ime，T——t emperature，T——t ransformation”，又称为“C曲线”。
等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A
线以下不同温度进行等温转变
1
所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。
～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。
[ 高温转变]：转变温度范围为A
1
依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度
和硬度越高，塑性也有所改善。
[中温转变]：转变温度范围为550℃～M
S
，此温度下转变获贝氏体型组织，贝氏体型组织是由过饱和的铁素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。
550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状；
350～M
S
范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。
等温转变温度——组织——性能变化规律：等温转变温度越低，其转变组织越细小，强度、硬度也越高，见下表。
转变类型
转变温
度／℃
转变产物符号显微组织特征硬度HRC
高温转变Ac1～650珠光体P粗片状铁素体与渗碳体混合物<25 650～
600
索氏体S
600倍光学金相显微镜下才能分
辨的细片状珠光体
25～35 600～
550
托氏体T
在光学金相显微镜下已无法分辨
的极细片状珠光体
35～40
中温转变
550～
350
上贝氏
体
B上羽毛状组织40～45 350～Ms
下贝氏
体
B下黑色针状或称竹叶状组织45～55
[低温转变]：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体，用符号“M”表示。在M
S
线以下过冷奥氏体发生的转变称马氏体转变，马氏体转变通常在连续冷却时进行，是一种低温转变。
马氏体组织形貌：低碳马氏体组织通常呈板条状M；高碳马氏体组织通常呈针叶状M。
马氏体性能：马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的含碳量。随着马氏体含碳量的提高，其强度与硬度也随之提高。低碳马氏体具有良好的强度及一定的韧性；高碳马氏体硬度高、脆性大。
马氏体转变特点：
（1）马氏体转变是在一个温度范围内（M
S ~ M
f
)连续冷却完成的，马氏体点M
s
和M
f
主要与奥氏体的含碳量有关。
（2）马氏体转变具有不完全性。如果把奥氏体过冷到室温不能得到全部马氏体，而保留一定量的奥氏体，这种在冷却过程中发生相变后仍在环境温度下存在的奥氏体称残余奥氏体。残余奥氏体不仅降低钢件的硬度和耐磨性，而且影响钢件的尺寸稳定性，要使残余奥氏体继续向马氏体转变，就要将淬火钢继续冷却至室温以下（如冰柜冷可却至0℃以下；干冰+洒精可冷却至–78℃；液氮可冷却至–183℃），这种处理方法叫做冷处理。对于如精密刀具、精密量具、精密轴承、精密丝杆等一些尺寸要求高的工件均应在淬火后进行冷处理。
（3）马氏体转变的速度极快，属非扩散型相变，一般不需要孕育期。
（4）马氏体转变会引起钢的体积膨胀。由于马氏体的比容比奥氏体大，通常又是在较大的冷却速度下发生转变，钢件内外温差大，所以会产生很大的内应力，这是导致淬火钢出现变形和开裂的主要原因，应引起足够的重视。
2．奥氏体的连续冷却转变
[连续冷却转变]：过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度下降发生组织转变，同样可用“连续冷却转变曲线”“CCT曲线，C —continuous；C —cooling；T —transformation”分析组织转变过程和产物。共析钢的“CCT曲线”测量过程示意图
如下图。图中V
1（炉冷）、V
2
（空冷）、V
3
（油冷）、V
4
（水冷）代表热处理中四种
常用的连续冷却方式。
炉冷V
：比较缓慢，相当于随炉冷却（退火的冷却方式），它分别与C曲线的
1
转变开始和转变终了线相交于1、2点，这两点位于C曲线上部珠光体转变区域，估计它的转变产物为珠光体，硬度170~220HBS。
空冷V
：相当于在空气中冷却（正火的冷却方式），它分别与C曲线的转变开
2
始线和转变终了线相交于3、4点，位于C曲线珠光体转变区域中下部分，故可判断
其转变产物为索氏体，硬度25~35HRC。
：相当于在油中的冷却（在油中淬火的冷却方式），与C曲线的转变开油冷V
3
始线交于5、6点，没有与转变终了线相交，所以仅有一部分过冷奥氏体转变为托氏
线以下转变为马氏体组织。因此，转变产物应是托氏体和体，其余部分在冷却至M
s
马氏体的混合组织，硬度45~55HRC。
水冷V
相当于在水中冷却（在水中淬火的冷却方式），它不与C曲线相交，4：
以下进行马氏体转变。最后得到马氏体和残余奥氏体组过冷奥氏体将直接冷却至M
s
织，硬度55~65HRC。
与C曲线的开始转变线相切，这是过冷[马氏体临界冷却速]：图中冷却速度V
k
线以下向马氏体转变所需要的最小冷却速度。
奥氏体不发生分解，全部过冷到M
S
等温转变“TTT曲线”在连续冷却转变中的应用：由于连续冷却“CCT转变曲
线”的测定较为困难，而连续冷却转变可以看作由许多温度相差很小的等温转变过程
所组成的，所以连续冷却转变得到的组织可认为是不同温度下等温转变产物的混合
物。故生产中常用TTT曲线（C曲线）近似地分析连续冷却过程。
钢在热处理冷却时的组织转变 https://www.doczj.com/doc/bf12291270.html,发布：2008-6-5 16:55:08来自：模具网浏览：44 次相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。 一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。 1. 等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A 等温转变图。 2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却 二、等温冷却C曲线 过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT 图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立. 1.相图的建立
①把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组 ②取一组试样,在盐炉内加热使之A化. ③将A化后的试样快速投入A1 以下某一温度的浴炉中进行等温转变 ④每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对 应的时间为转变终了时间。 共析碳钢等温转变图（C曲线） 将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上,并分别连接起来,即得C曲线. 2. 图形分析 3. 等T转变特点 ①过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。孕育期 越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。 ②鼻点:550℃最不稳定,转变速度最快 ③C形状原因过冷度和原子扩散为两个制约因素
《机械制造技术基础》教案 教学内容：钢在加热和冷却时的组织转变 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的： 1．掌握钢在加热时组织转变——钢的奥氏体化； 2．明确过冷奥氏体的等温转变； 3．掌握冷奥氏体连续冷却转变。 重点、难点：钢的奥氏体化过冷奥氏体的等温转变冷奥氏体连续冷却转变教学过程： 1.3 钢的热处理 热处理：采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。 热处理的分类： 1．整体热处理：对工件整体进行穿透加热的热处理，如退火、正火、淬火、回火等。2．表面热处理：仅对表面进行热处理的工艺，如火焰淬火、感应淬火等。 3．化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理，如渗碳等。 钢的热处理过程包括加热、保温和冷却三个阶段。其主要工艺参数是加热温度、保温时间和冷却速度。 1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变 1.3.1.1钢在加热时组织转变 Fe-Fe3C相图相变点A1、A3、A cm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的，因此，钢的实际相变点都会偏离平衡相变点。即：加热转变相变点在平衡相变点以上，而冷却转变相变点在平衡相变点以下。通常把实际加热温度标为Ac1、Ac3、Ac cm、Ar1、Ar3、Ar cm。如图6-1所示。 图6-1 钢在加热、冷却时的相变温度 钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac3和Ac cm以上时，便全
部转变为奥氏体，这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。 1．奥氏体的形成 珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程，如图4－2所示。1）奥氏体形核 奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上的碳浓度处于中间值，原子排列也不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量。同时位错和空间密度较高铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件。 图6-2 奥氏体的形成过程 2）奥氏体长大 奥氏体一旦形成，便通过原子扩散不断张大在于铁素体接触的方向上，铁素体逐渐通过改组晶胞向奥氏提转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。 3）残余渗碳体溶解 由于铁素体的晶格类型和含碳量的差别都不大，因而铁素体向奥氏体的转变总是先完成。当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍有少量的渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长，这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。 4）奥氏体均匀化 刚形成的奥氏体晶粒中，碳浓度是不均匀的。原先渗碳体的位置，碳浓度较高；原先属于铁素体的位置，碳浓度较低。因此，必须保温一段时间，通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。 对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过Ac3或Ac cm，而在稍高于Ac1停留，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而共析铁素体或二次渗碳体仍将保留。只有进一步加热至Ac3或Ac cm以上并保温足够时间，才能得到单相的奥氏体。 2．奥氏体的晶粒度及其控制 如果加热温度过高，或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化。奥氏体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。 1）奥氏体的晶粒度及其控制 奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点以上某一温度，保温一段时间后，所得到的奥氏体晶粒的大小。若所获得的奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的组织也细小，其强度、韧性都较高。国家标准将晶粒度级别分为12级。 不同的钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性不同。刚形成的奥氏体晶粒都很细小，若继续升温或保温，奥氏体的晶粒便会长大。长大有良种情况：一种是随着加热温度的升高晶粒长大较快，具有这种特性的钢称为粗晶粒钢；另一种是随着加热温度的升高经理不容易长大，但加热到930℃以上时，经理将迅速长大，具有这种特性的钢称为细晶粒钢。 炼钢时，用锰铁脱氧的钢多属于粗晶粒钢，用铝脱氧的钢多属于细晶粒钢。沸腾钢是粗
编号：QMSD/JWC-13-10 江苏省技工学校教案首页 课题§5－1钢在加热时的转变 教学目的、要求： 掌握钢在加热时的组织转变。 教学重点、难点： 奥氏体的形成。 授课方法：讲解、练习 教学参考及教具（含电教设备）：挂图、配套教参、电子教案 授课执行情况及分析：2教时 本节内容学生不易理解，还需讲解得更浅显、形象 板书设计或授课提纲
【导入】 复习1．碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢的牌号。 2．碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢的用途。 【新授】 概述： 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 钢的热处理方法可分为退火、正火、淬火、回火 及表面热处理等五种。 热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都 是 由加热、保温和冷却一个阶段所组成的。 如图6-1所示。曲线称为热处理工艺曲线。 §5－1钢在加热时的转变 在热处理工艺中，钢的加热是为了获取奥氏体。由Fe－FeC相图可知， A1，A3,A CM是钢在极缓慢加热和冷却时的临界点，但在实际的加热和冷却条件下，钢的组织转变总有滞后现象，在加热时高于而在冷却时低于相图上的临界点。把加热时的各临界点分别用Ac l，A C3,A Ccm来表示，冷却时的各临界点分别用Ar1，Ar3,Ar cm来表示。 5．钢的奥氏体化 热处理时须将钢加热到一定温度，使其组织全部或部分转变为奥氏体，这种通过加热获得奥氏体组织的过程称为奥氏体化。 下面以共析钢为例说明钢的奥氏体化过程。 共析钢加热到Ac l以上时，钢中珠光体将向奥氏体转变。这一转变过程遵循结晶过程的基本规律，也是通过形核及晶核长大的过程来进行的。 （1）奥氏体晶核的形成及长大 奥氏体晶核最容易在铁素体与渗碳体的界面上生成。晶核生成后，与奥氏体相邻的铁素体中的铁原子通过扩散运动转移到奥氏体晶核上来，使奥氏体晶核长大。同时与奥氏体相邻的渗碳体通过分解不断地溶人生成的奥氏体中，也便奥氏体逐渐长大，直至珠光体全部消失为止。 （2）残余渗碳体的溶解 由于渗碳体的晶体结构和含碳量与奥氏体相差很大，故渗碳体向奥氏体的溶解落后于铁素体向奥氏体的转变，即在铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解。随着时间的延长，残余渗碳体继续向奥氏体中溶解，直至全部消失为止。 （3）奥氏体的均匀化
§6淬火钢在回火时的组织转变 概述： 一、回火定义：经淬火硬化的钢被加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后以适当 的冷速冷却至室温，这一工艺过程称回火 二、回火的目的 1.消除淬火应力，淬火应力（组织应力、热应力）>ζs变形，>ζb时引起裂纹，残余应 力使钢的脆性上升 2.改善钢的韧性和塑性，使片状M中的Sv↓，使M正方度下降，内应力↓（晶格间）↓ 3.调整钢的力性指标 4.稳定组织，稳定尺寸，使A R→k；A R→M→M回→B下 §6-1碳钢的淬火组织在回火时发生的转变 钢中含碳量不同时，钢在淬火后的组织也不尽相同 当<0.2﹪C,获得板条M+少量A R 0.2-0.5﹪C 大部分为板条，少量为片状 0.6-1.0﹪C 混合M 错误！未找到引用源。0.77﹪C M板+M片+A R错误！未找到引用源。>0.8﹪C 75﹪M片+M板+A R >1.0﹪C 100M片+A R 淬火组织为亚稳定组织，及相对稳定状态 亚稳状态，一个系统内除可以出现一个稳定状态外，其他任何事件还可能发生，这种状态称之为亚稳状态，它是系统本身强制作用形成的，在一定条件下可转变为稳定状态 淬火钢被重新加热（回火）时，随加热温度升高，其比容和体积均发生变化，说明系统有组织转变发生，而且不同温度阶段有不同变化发生，这是钢从亚温状态向稳定状态变化的过程一、碳原子的偏聚 淬火时M的C、N原子被强制溶入α相中，位于体心立方点阵（或体心正方点阵）的扁八面体间隙中心位置，使α点阵畸变，使系统的能量上升，而处于不稳定状态 另一方面淬火M中存在大量的缺陷，也使其处于不稳定状态 在室温附近，Me和Fe原子已经不能扩散，但C、N原子尚可以做短距离扩散，计算表明在0℃时，在一分钟内C、N可以迁移2埃的距离 由于间隙造成的应力场与晶体缺陷造成的应力场相互作用，C、N原子扩散到这些微观晶体缺陷处，可是系统的能量降低——C、N原子发生偏聚 偏聚，M中的C、N原子在一定的温度下向点阵缺陷处聚积的过程，成为C、N原子的偏聚，偏聚过程是一个自发过程，可以表示为C+⊥<=>C⊥它是可逆过程，过程的方向取决于当时的系统能量状态 1.板条M中碳原子的偏聚 错误！未找到引用源。发生温度范围，室温——250℃，约在250℃基本完成，碳原子有相
第六章钢的热处理 第二节钢在冷却时的组织转变 等温冷却是奥氏体至高温快速冷至临界点________以下某一温度，保温后再冷至室温。 A．A3 B．A m C．A1 D．A cm 临界温度以上的奥氏体是稳定相，临界温度以下的则为不稳定相，所以把暂存于临界点以下的奥氏体称为________。 A．奥氏体 B．实际奥氏体 C．残余奥氏体 D．过冷奥氏体 共析钢加热到奥氏体化后，以不同的冷却方式冷却，可以获得________。A．三种组织 B．四种组织 C．五种组织 D．六种组织 过冷奥氏体的等温冷却转变过程中，转变起始线与转变终了线之间的产物均含有________。 A．过冷奥氏体 B．P C．S D．M 在过冷奥氏体向马氏体的转变过程中，下列说法正确的是________。 A．铁、碳原子均不发生扩散 B．是典型的扩散型相变 C．铁原子发生一定短距离的扩散，而碳原子则完全不能扩散 D．碳原子发生一定短距离的扩散，而铁原子则完全不能扩散 在过冷奥氏体向贝氏体的转变过程中，下列说法正确的是________。 A．铁、碳原子均不发生扩散 B．是典型的扩散型相变 C．铁原子发生一定短距离的扩散，而碳原子则不能扩散 D．碳原子发生一定短距离的扩散，而铁原子则不能扩散 在过冷奥氏体向珠光体的转变过程中，下列说法正确的是________。 A．铁、碳原子均不发生扩散 B．是典型的扩散型相变
C．铁原子发生一定短距离的扩散，而碳原子则完全不能扩散 D．碳原子发生一定短距离的扩散，而铁原子则完全不能扩散 在共析钢的珠光体等温转变区，________，则形成的________。 A．等温转变温度越低/珠光体组织片层越粗 B．等温转变温度越低/珠光体组织片层越细 C．等温转变温度越高/珠光体组织片层越薄 D．等温转变温度越高/珠光体组织片层越细 共析钢等温转变曲线上，当过冷度较小时，奥氏体将转变成________。A．珠光体组织 B．索氏体组织 C．屈氏体组织 D．贝氏体组织 在等温冷却转变曲线上，过冷奥氏体在高温区的转变产物是________。A．F B．A C．P D．M 索氏体是铁素体与渗碳体的________状的机械混合物。 A．粗片 B．细片 C．极细片 D．蠕虫 珠光体类型组织有________。 Ⅰ．P；Ⅱ．S；Ⅲ．T；Ⅳ．B；Ⅴ．M。 A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ B．Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ C．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ 屈氏体是铁素体与渗碳体的________状的机械混合物。 A．粗片 B．细片 C．极细片 D．蠕虫 珠光体是铁素体与渗碳体的________状的机械混合物。 A．粗片 B．细片 C．极细片
一、钢在加热时的组织转变 1．钢在加热和冷却时的相变温度 钢在固态下进行加热、保温和冷却时将发生组织转变，转变临界点根据Fe-Fe 3 C 相图确定。 平衡状态下：当钢在缓慢加热或冷却时，其固态下的临界点分别用Fe-Fe 3 C相图 中的平衡线A 1(PSK线)、A 3 (GS线)、A cm (ES线)表示。 实际加热和冷却时：发生组织转变的临界点都要偏离平衡临界点，并且加热和冷却速度越快，其偏离的程度越大。 实际加热时——临界点分别用Ac 1、Ac 3 、Ac cm 表示 实际冷却时——临界点分别用Ar 1、Ar 3 、Ar cm 表示 钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。 加热至Ac 1 以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P → A）； 加热至Ac 3 以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F → A）； 加热至Ac cm 以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe 3 C I → A）
2．奥氏体的形成 钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。
共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化 亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化 2、奥氏体的晶粒大小 奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。 [奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。 [本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。 [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。 3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素 热处理工艺参数：加热速度、加热温度、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。 钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化
钢在加热时的转变 热处理—将固体金属或合金在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织， 从而获得所需要的工艺性能。大多数热处理工艺都要将钢加热到临界温度以上，获得全部或 部分奥氏体组织，即奥氏体化。 奥氏体的形成 奥氏体的形成是形核和长大的过程，也是Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。 分为四步。共析钢中奥氏体的形成过程如图1所示： 第一步奥氏体晶核形成：首先在a与Fe3C相界形核。 第二步奥氏体晶核长大：g晶核通过碳原子的扩散向a和Fe3C方向长大。 第三步残余Fe3C溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C 随保温时间延长继续溶解直至消失。 第四步奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使 奥氏体成分趋于均匀。 图1 奥氏体的形成示意图 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析a或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。 2. 影响奥氏体转变速度的因素 （1）加热温度和速度增加→转变快； （2）钢中的碳质量分数增加或Fe3C片间距减小→界面多，形核多→转变快； (3)合金元素→钴、镍增加奥氏体化速度，铬、钼等降低奥氏体化速度。 3.奥氏体晶粒度 （1）奥氏体晶粒度—奥氏体晶粒越细，退火后组织细，则钢的强度、塑性、韧性较好。淬火后得到的马氏体也细小，韧性得到改善。某一具体热处理或加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度。奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。通常将钢加热到930±10℃奥氏体化后，保温8小时，设法把奥氏体晶粒保留到室温测得的晶粒度为本质晶粒度。用来衡量钢加热时奥氏体晶粒的长大倾向。g晶粒度为1-4级的是本质粗晶粒钢,5-8级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。 （2）影响奥氏体晶粒度的因素 第一，加热温度越高，保温时间越长→晶粒尺寸越大。 第二，碳质量分数越大晶粒长大倾向增多。加入合金有利于得到本质细晶粒钢。 钢在冷却时的转变 处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。冷却的方式有两种，第一是等温冷却，使其在某个温度下恒温转变，第二是连续冷却。 1.过冷奥氏体的等温转变 过冷奥氏体:当温度在A1以上时，奥氏体是稳定的。在A1以下时，奥氏体处于过冷状态称为过冷奥氏体。过冷奥氏体转变是在临界点以下某个恒温下发生，就称为过冷奥氏体的等温转变。转变在连续冷却的过程中发生，称为过冷奥氏体的连续冷却转变。 ⑴共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线（TTT或C曲线）如图1所示。
1/1 钢在冷却时的组织转变常识钢进行热处理冷却的目的是获得所需要的组织和性能，这需要通过采用不同冷却方式来实现。冷却方式不同转变的组织也不同，性能差异较大。奥氏体冷却至A1以下温度时将发生组织转变（A1温度以下还存在的不稳定奥氏体通常称过冷奥氏体）。钢的冷却方式分为等温冷却和连续冷却。 等温冷却的组织转变形式 1.奥氏体的等温转变对过冷奥氏体（即：奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下还未转变 的奥氏体）经过一段时间的等温保持后转变为稳定的新相。这种转变过程就称为奥氏体的等温转变。 2.等温冷却转变钢经奥氏体化后迅速冷却至临界点Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转 变。 等温冷却的组织转变产物与性能 1.A1～550℃也称高温转变，获片状珠光体型（F+P）组织，按转变温度由高到低的顺序，转变产物分别 为珠光体、索氏体、托氏体；片层间距由粗到细，趋势是：片层间距越小，塑性变形阻力越大，强度和硬度越高 1)A1～650℃获粗片状珠光体金相组织 2)650～600℃获细片状索氏体金相组织 3)600～550℃获极其细片状的托氏体金相组织 2.550℃～M S 也称中温转变，获贝氏体型组织（过饱和的铁素体和碳化物组成，有上贝氏体和下贝氏体之 分。） 1)550～350℃获羽毛状上贝氏体金相组织 2)550℃～M S获黑色针状下贝氏体金相组织（这种组织强度和韧性都较高） 3.M S线温度以下连续冷却时，过冷奥氏体发生转变获得马氏体组织，马氏体内的含碳量决定着马氏体的强 度和硬度，总的趋势是随着马氏体含碳量的提高，强度与硬度也随之提高；高碳马氏体硬度高、脆性大，而低碳马氏体具有良好的强度和韧性。 连续冷却的组织转变过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度连续下降发生组织转变。连续冷却有炉冷、空冷、油冷、水冷四种最为常用的连续冷却方式 1)炉冷冷速约10℃/min，产生新相为珠光体，如退火的冷却 2)空冷冷速约10℃/s，产生新相为索氏体，如正火的冷却 3)油冷冷速约150℃/s，产生新相为托氏体+马氏体，如油淬 4)水冷冷速约600℃/s，产生新相为残余奥氏体+马氏体，如水淬（残余奥氏体的存在降低了淬火 钢的硬度和耐磨性，也会因零件在使用过程中残余奥氏体会继续转变为马氏体，从而使工件变形； 一些重要精密的零件通常会通过把淬火后的工件冷却到室温以下并继续冷却到－80～－50℃来减少残余奥氏体含量的存在）。
第二节钢在热处理加热和冷却时的组织转变 在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。 加热转变、冷却转变（等温冷却转变、连续冷却转变） 一、钢在热处理加热与保温时的组织转变 ——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。 加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P→A）； 加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F→A）； 加热至Ac cm以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3C I→A） 1、奥氏体的形成过程 共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。 亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化 过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac m以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化
2、奥氏体的晶粒大小 奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。 [奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。 [本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。 [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。 3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素 热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。 钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。 原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
科目金属材料与热处理备课教师王春青 课题钢在加热时的组织转变授课时间2012.9.12 教学目标1、了解钢在加热及冷却时的组织转变 2、了解过奥氏体不同温度转变产物的组织和性能 学生问题 预测 讲述，视频演示 教学手段 与方法 无 教学重点 与难点 视频资料教材 教具、材 料准备 板书设计热处理 原理 分类 方法 课堂小结温度，含碳量的不同在钢的加热和冷却过程中有着很重要的作用 课后作业习题册习题 教学反思本节内容比较简单，通过举例，激发学生的学习兴趣，教学效果显著，学生学习热情高涨。收到了良好的教学效果。
教学过程说明及时间安排在热处理工艺中，钢加热的目的是为了获得奥氏体。 一、钢的奥氏体化 1、奥氏体晶核的形成及长大 奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形成。这是因为在 两相的相界上为形核提供了良好的条件 2、残余渗碳件的溶解 在奥氏体形成过程中,铁素体比渗碳体先消失,因此奥氏体形成之 后,还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间 的延长,继续不断地融入奥氏体,直至全部消失。； 3、奥氏体的均匀化 渗碳体完全溶解后奥氏体中碳的浓度分布并不均匀,原先是渗碳 体地方碳浓度高,原先铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温,通过 碳的扩散,使奥氏体成分均匀化。 在热处理工艺中，钢保温的目的是： ①、为了使工件热透；②、使组织转变完全；③、使奥氏体成分 均匀。 二、奥氏体晶粒的长大： 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大 钢在冷却时的转变影响奥氏体转变的因素 1.加热温度和加热速度的影响 提高加热温度，将加速A的形成。 随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高(A C1 越高),形成 所需的时间缩短。 2.化学成分的影响 随着钢中含碳量增加,铁素体核渗碳体相界面总量增多,有利 于奥氏体的形成。 3.原始组织的影响 由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形 成,所以原始组织越细,相界面越多,形成奥氏体晶核的＂基地＂越 多,奥氏体转变就越快。
加热时奥氏体的形成过程 钢的热处理多数需要先加热得到奥氏体，然后以不同速度冷却使奥氏体转变为不同的组织，得到钢的不同性能。因此掌握热处理规律，首先要研究钢在加热时的变化。一、加热时奥氏体的形成过程1．共析钢的加热转变 从铁碳相图中看到，钢加热到 727℃（状态图的PSK线，又称A1温度）以上的温度珠光体转变为奥氏体。这个加热速度十分缓慢，实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度，实际珠光体转变为奥氏体的温度高于A1，定义实际转变温度为Ac1。Ac1 高于A1，表明出现热滞后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。 共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般为铁素体相与渗碳体相相间排列 层片状组织，加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行，如图6-2示。 第一阶段：奥氏体晶核的形成。由Fe-Fe3C状态图知：在A1温度铁素体含约0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。基于能量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生（见图6-2（a））， 这两相交界面越多，奥氏体晶核越多。第二阶段：奥氏体的长大。奥氏体晶核形成后， 它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域 及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。