第五章热处理154页PPT

45钢过冷A等温转变曲线
2.过共析钢过冷奥氏体的等温转变
过共析钢过冷A的C曲线的上部为过冷A 中析出二次渗碳体(Fe3CII)开始线。当加热温度 为Ac1以上30～50 ℃时，过共析钢随着含碳量 的增加, C曲线位置向左移, 同时Ms、Mf线往下 移。
过共析钢的过冷A在高温转变区, 将先析出 Fe3CII, 其余的过冷A再转变为珠光体型组织。
1.亚共析钢过冷奥氏体的等温转变
亚共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共 析钢C曲线不同的是，在其上方多了一条过冷奥 氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随 着含碳量的减少，C曲线位置往左移，同时Ms、 Mf线住上移。
亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共析
钢类似。只是在高温转变区过冷奥氏体将先有 一部分转变为铁素体，剩余的过冷奥氏体再转 变为珠光体型组织。
T10钢过冷A的等温转变曲线
二、过冷奥氏体的连续冷却转变 1.共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
过冷奥氏本的连续冷却转变曲线（CCT曲线)中， 共析钢以大于Vk（上临界冷却速度）的速度冷却 时, 得到的组织为马氏体。冷却速度小于Vk′（下 临界冷却速度）时, 钢将全部转变为珠光体型组 织。共析钢过冷奥氏体在连续冷却转变时得不到 贝氏体组织。
3.残余渗碳体溶解 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 溶入奥氏体, 直至全部消失。
4.奥氏体均匀化 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。
碳质量分数对马氏体硬度的影响
b.马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态） 密切相关。高碳马氏体由于过饱和度大、内应 力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧 性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一 定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小， 内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高， 塑性、韧性也较好。
A1 ~ 650 ℃ 片层珠光体 < 25HRC 650℃~ 600℃ 细珠光体（索氏 体 S） 25HRC~30HRC 600℃~ 550℃ 极细珠光体（托氏体 T）35HRC~40HRC
(a)珠光体 3800倍
(b) 索氏体 8000倍
(c)屈氏体 8000倍
(2) 中温转变
在550 ℃～Ms之间, 过冷奥氏体的转变产物为 贝氏体型组织, 此温区称贝氏体转变区。
必须继续保温,通过碳 的扩散,使奥氏体成分 均匀化。
（二）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。
当碳质量分数大于1.0%时，则大多数是 针状马氏体。针状马氏体在光学显微镜中 呈竹叶状或凸透镜状，在空间形同铁饼。 马氏体针之间形成一定角度(60°)。高倍 透射电镜分析表明，针状马氏体内有大量 孪晶，因此亦称孪晶马氏体。
高碳马氏体的组织形态
碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 马氏体和针状马氏体的混和组织。
§5.2 钢在冷却时的组织转变
冷却是热处理的最后一个工序，也是最关 键的工序，它决定了钢热处理后的组织和 性能。同一种钢，加热温度和保温时间相 同，冷却方法不同，热处理后的性能截然 不同。这是因为过冷奥氏体在冷却过程中 转变成了不同的产物。那么奥氏体在冷却 时转变成什么产物？有什么规律呢？这就 是本次课的主要内容。
（1）高温转变（珠光体型转变） 在A1～550 ℃之间, 过冷奥氏体的转变产物为珠光
体型组织, 此温区称珠光体转变区。 珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物, 渗
碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低， 层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为 珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)。奥氏体向珠光 体的转变为扩散型的形核、长大过程, 是通过碳、 铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。
④ 马氏体形成时体积膨胀
体积膨胀在钢中造成很大的内应力, 严重 时导致开裂。
奥氏体碳质量分数对残余奥氏体含量的影响
(3)马氏体的形态与性能 ① 马氏体形态
碳质量分数在0.25%以下时，基本上 是板条马氏体（亦称低碳马氏体），板条 马氏体在显微镜下为一束束平行排列的细 板条。在高倍透射电镜下可看到板条马氏 体内有大量位错缠结的亚结构，所以也称 位错马氏体。
2.实际晶粒度和本质晶粒度 某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶
粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能。
钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶 粒度来表示。
钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后 测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细 小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶 粒钢。
第五章 钢 的 热 处 理
将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、
保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的工 艺方法称热处理。
第五章 钢 的 热 处 理
实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结
构发生了变化，从而改变了其性能； 目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能； 作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，
§5.2 钢在冷却时的组织转变
碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多 都偏离了平衡状态（除退火外），所以热 处理后的组织为非平衡组织。碳钢非平衡 组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相 比差别很大。所以不能再用铁碳相图加以 分析，而应使用C曲线来确定。
共析钢过冷A的等温转变曲线图
2.过冷奥氏体的等温转变产物组织和性能
(a)光学显微照片 500×
(b) 电子显微照片
5000×
上贝氏体形态
在350℃--Ms之间等温时，过冷奥氏体 转变成下贝氏体（B下），呈黑色针状 或沿竹一叶定状方，向其 分中 布颗 分粒 布状 在碳F片化之物上(F，e2.4C) 50HRC~55 HRC。
光学显微照片 500倍
(b) 电子显微照片 12000倍
在一个零件的加工路线中，热处理起着很重要的作用， 一般有两种情况，如一个齿轮： 下料------锻造------预备热处理（退火或正火）------铣齿------
最终热处理（淬火回火）------精加工（磨削）；
延长零件寿命； 应用：十分广泛。
第五章 钢 的 热 处 理
按目的、加热条件和特点不同，热处理分为： 整体热处理 表面热处理 化学热处理 其它热处理
热处理的工艺参数有： 加热温度 保温时间 冷却方式
§5.Байду номын сангаас 钢在加热时的组织转变
目的：通过加热使原始组织转变为奥氏体； 将钢加热至Ac3或Ac1以上，获得完全或部分奥
亚共析钢过冷 奥氏体的连续
冷却转变
3. 过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 过共析钢过冷A在高温区，将首先析出二
次渗碳体, 而后转变为其它组织。由于奥氏体中 碳含量高，所以油 冷、水冷后的组织 中应包括残余奥氏 体。与共析钢一样， 其冷却过程中无贝 氏体转变。
过共析钢过冷 奥氏体的连续
冷却转变
前二节学习的内容是热处理的原理，从这一节开始学习热 处理工艺，也就是具体的热处理实现方法。
马氏体就是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 过饱和碳使α-Fe 的晶格发生很大畸变，产生很 强的固溶强化。
② 马氏体的形成速度很快
奥氏体冷却到Ms点以下后，无孕育期， 瞬时转变为马氏体。随着温度下降，过冷奥氏 体不断转变为马氏体，是一个连续冷却的转变 过程。
③ 马氏体转变是不彻底的
总要残留少量奥氏体。残余奥氏体的含量 与则分MM数SS少、、于MM0ff越的.6低位%时，置,残有残余关余A。A含奥可量氏忽越体略高中。。的只碳在含碳量质越量高，
3.奥氏体晶粒大小的控制
（1）合理选择加热温度和保温时间
随着温度升高晶粒度将之间长大。温度愈高, 晶粒长大于愈明显。在一定温度下,保温时间愈长, 奥氏体晶粒也越粗大。
（2）加入合金元素
奥氏体中的含碳量增高时,晶粒长大的倾向增 多。若碳以未溶的碳化物形式存在,则它有阻碍晶 粒长大的作用。
（3）合理选择原始组织
§5.2 钢在冷却时的组织转变
当温度在A1以上时, 奥氏体是稳定的。当 温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状 态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷A是 不稳定的，会转变为其它的组织。
钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的转变。
连续冷却转变 ——使加热到奥氏体 化的钢连续降温进行 组织转变
等温冷却转变 ——使加热到奥氏体 化的钢以较快的冷却 速度冷到A1以下某温 度保温，在等温下发 生组织转变。
氏体组织的操作称为奥氏体化。 钢热处理加热的临界温度为727 ℃。
§5.1 钢在加热时的组织转变
在实际生产中，由于加 热和冷却不是很缓慢， 因此实际发生组织转变 的温度与相图的A1、 A3、Acm 有一定的偏 离。通常加热用 Ac1、 Ac3、Accm 表示，冷 却用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
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。
（三）奥氏体晶粒大小及其控制
1.奥氏体晶粒大小
一般根据标准晶粒度等级图确定钢的 奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为8 级，1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒 度。
如45钢淬火的组织就是混合马氏体。
（2）马氏体的性能
a.硬度高。
马氏体是钢中最硬的组织，马氏体的硬度主要
取决于其中的含碳量，与其它因素关系不大。 但当含碳量增大到0.6%时,马氏体的硬度不再继 续升高,大约为60-64HRC 。