钢在高温加热时的奥氏体转变

简述钢的奥氏体化过程
首先，我们需要理解奥氏体化是什么。

奥氏体化，指的是在一定的条件下，将钢中的铁素体转化为奥氏体的过程。

这个过程通常发生在加热时，且受到钢的化学成分和加热速度等多方面因素的影响。

奥氏体化过程大致可以分为三个阶段。

第一阶段是预热阶段，这个阶段的主要目标是使钢均匀升温，减少内部应力，防止在后续加热过程中由于温度不均而产生裂纹。

在此阶段，钢的内部结构不会发生太大变化。

第二阶段是奥氏体化阶段。

在这个阶段，钢会在720℃至910℃之间升温。

当温度达到723℃时，铁素体将开始转化为奥氏体。

随着温度的升高，这一转化过程将逐渐加速。

铁素体中的碳原子会开始进入奥氏体晶格，从而使奥氏体稳定化。

第三阶段是超热阶段。

当钢的温度超过奥氏体的稳定温度时，奥氏体将开始分解，形成高温稳定的相——奥氏体。

这一过程被称为超热。

超热的目的是增加奥氏体的数量，从而提高钢的硬度和强度。

在奥氏体化过程中，控制加热速度和保温时间是非常关键的。

加热速度过快，可能会使钢的内部产生过热，从而导致奥氏体化不完全，钢的性能下降。

保温时间过短，可能会使奥氏体转化不完全，钢的性能也会下降。

因此，必须根据钢的化学成分、形状和尺寸，以及所需的性能要求，确定合适的加热速度和保温时间。

总的来说，奥氏体化过程是一种通过加热，使钢中的铁素体转化为奥氏体的方法，以改善钢的性能。

这个过程需要在严格的控制下进行，才能得到理想的效果。

共析钢加热时,珠光体转变为奥氏体的过程概述说明1. 引言1.1 概述共析钢是一种重要的金属材料，在工业领域应用广泛。

在制备和加热过程中，共析钢的组织会发生相变现象，其中最主要的转变是珠光体向奥氏体的转变。

这个转变过程对于共析钢的性能和性质具有重要影响，因此深入研究珠光体向奥氏体转变的机理和控制方法具有重要意义。

1.2 文章结构本文将从三个方面介绍共析钢加热时珠光体向奥氏体转变的过程。

首先，我们将概述共析钢珠光体和奥氏体之间的相变关系，并介绍组织特点和相变规律。

其次，我们将探讨影响珠光体向奥氏体转变的因素，包括加热温度、合金元素等。

最后，我们将详细介绍珠光体到奥氏体转变的动力学和热力学机制。

1.3 目的本文旨在系统地总结并分析共析钢加热时珠光体向奥氏体转变的过程，并提出相关实验方法与控制策略。

通过对已有研究的综合评价，我们将展望未来可能的研究方向，为共析钢相变行为的控制与应用提供参考。

接下来，将详细介绍第二部分内容，即“2. 共析钢的珠光体与奥氏体转变过程”。

2. 共析钢的珠光体与奥氏体转变过程2.1 共析钢的组织特点与相变规律共析钢是一种由珠光体和奥氏体组成的复合材料。

珠光体是一种具有层状结构的晶体，具有优异的韧性和强度；而奥氏体则是一种具有六角紧密堆积结构的晶体，具有较高的硬度和磁性。

在共析钢中，珠光体和奥氏体之间存在着相变现象，主要表现为加热时珠光体向奥氏体转变，降温时则呈反向转变。

这种相变过程对于共析钢的性能起着重要作用，并且在许多工业应用中都需要进行控制和调控。

2.2 加热过程中珠光体向奥氏体转变的影响因素加热过程中珠光体向奥氏体转变受到多个因素影响。

首先，温度是影响转变过程最重要的因素之一。

通常情况下，在高温条件下进行加热可以促使珠光体向奥氏体转变更快速。

其次，共析钢的化学成分也会对相变过程产生影响。

一些合金元素的加入可以降低转变温度和提高转变速率，从而改善共析钢的性能。

此外，晶体缺陷、应力状态以及加热速率等因素也会对珠光体到奥氏体的相变行为产生影响。

钢的热处理原理9-1概述一、热处理的作用热处理是将钢在固态下加热到预定温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。

其目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。

通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶几十个。

恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。

++热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序。

此外，通过热处理还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

二、热处理和相图原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。

纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。

现以Fe- FeC相图为例进3一步说明钢的固态转变。

共析钢加热至Fe- FeC相3图PSK线（A线）以上全部转1 变为奥氏体；亚、过共析钢则必须加热到GS线（A线）和ES3 线（A线）以上才能获得单相cm 奥氏体。

钢从奥氏体状态缓慢冷却至A线以下，将发生共析转1 变，形成珠光体。

而在通过A3线或A线时，则分别从奥氏体cm中析出过剩相铁素体和渗碳体。

但是铁碳相图反映的是热力学上近于平衡时铁碳合金的组织状态与温度及合金成分之间的关系。

A线、A线和A13cm线是钢在缓慢加热和冷却过程中组织转变的临界点。

实际上，钢进行热处理时其组织转变并不按铁碳相图上所示的平衡温、Ac、Ac；而把冷却时的实际临界温度标以字13cm度进行，通常都有不同程度的滞后现象。

即实际转变温度要偏离平衡的临界温度。

加热或冷母“r”，如Ar、Ar、Ar等。

却速度越快，则滞后现象越严重。

图9-3表示钢加热和冷却速度对碳钢临界温度的影响。

钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系实验一钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系一实验目的1了解测定奥氏体晶粒度的常用方法2 掌握用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒及用比较法评定晶粒度3研究加热温度对奥氏体晶粒大小的影响二实验原理钢材加热到相变温度临界点AC1 或AC3 ACm 以上形成奥氏体组织由于钢种加热温度和保温时间等因素的不同所得到的奥氏体晶粒大小也不相同奥氏体晶粒大小可用晶粒直径d 或单位面积中晶粒数n 等方法表示为了方便生产上多采用晶粒度来表示晶粒大小奥氏体晶粒的级别G 与晶粒大小的关系是G-1n 22式中 n放大100 倍时每平方英寸645mm 面积内的平均晶粒数目根据奥氏体形成过程和晶粒长大的不同情况奥氏体晶粒度分为起始晶粒度实际晶粒度和本质晶粒度起始晶粒度系指奥氏体刚形成时晶粒的大小实际晶粒度是钢材在某一具体热处理加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小而本质晶粒度则是表示晶粒大小的一种尺度对钢来说如不特别指明晶粒度一般是指奥氏体化后的实际晶粒度而实际晶粒度主要受加热温度和保温时间的影响加热温度越高保温时间越长奥氏体晶粒越易长大粗大生产实践表明钢材加热时形成的奥氏体晶粒大小对冷却转变及对钢的力学性能与工艺性能均有很大影响例如粗大的奥氏体晶粒冷却后获得粗大的转变产物这种产物的塑性与韧性比细小的奥氏体晶粒转变产物差而且其屈服点亦较细小奥氏体晶粒转变者为低如果奥氏体晶粒过分粗大钢件在淬火时还易于变形和开裂高碳钢加热时如形成粗大的奥氏体晶粒淬火后残余奥氏体将增多致使刀具的硬度和耐磨性能降低另外细晶粒度的板材易于冲压加工可获得表面光洁的冲压件而粗晶粒的板材冲压时容易开裂冲压成型后的表面亦比较粗糙晶粒度是表示材料性能的重要指标是评定钢材质量的主要依据之一所以生产中常需测定奥氏体晶粒大小以保证产品质量钢中晶粒度的测定分为本质晶粒度和实际晶粒度的测定晶粒度的测定包括两个步骤即晶粒的显示和晶粒尺寸的测定或评级晶粒的显示是晶粒测定的先决条件常用的显示方法如下一奥氏体晶粒的显示1奥氏体本质晶粒的显示奥氏体本质晶粒度是指在930 ±10℃保温一定时间后的奥氏体晶粒大小本质晶粒度可以反映奥氏体晶粒长大倾向根据它能正确估计零件经过热处理后晶粒的大小从而评定零件的力学性能故在生产中常需要测定奥氏体本质晶粒度由于奥氏体在冷却过程中可能已发生相变冷至室温时已不再是奥氏体组织为显示处原奥氏体晶界需采取以下一些方法1 渗碳法渗碳体显示奥氏体晶粒广泛应用于渗碳钢或含碳量≤06的其它类型的钢种本法系采用渗碳热处理方法提高试样表面的含碳量渗碳后的试样表层为过共析成分试样在渗碳后缓慢冷却过程中先共析的渗碳体优先沿原奥氏体晶粒边界析出勾划出了奥氏体晶粒1为了在黑灰色珠光体组织的背景上显露出亮的碳化物渗碳体网常选用下列浸蚀剂腐蚀试样13～4硝酸酒精溶液晶界呈现白色网状碳化物2 5苦味酸酒精溶液晶界亦呈现白色网状碳化物3 沸腾的碱性苦味酸钠水溶液苦味酸2g氢氧化钠25g水100mL腐蚀时间为10～25min 晶界网状碳化物呈现黑色本方法对碳化物形成元素过多的钢由于难以形成完整的碳化物网络故不宜采用2 氧化法将预测晶粒度的钢试样加热到奥氏体状态保温一定时间使试样表面受到氧化由于晶界比晶内具有根大的化学活性故奥氏体晶界较晶粒内部更易于氧化适当地保温可使晶界发生氧化而晶粒内部不受影响故使奥氏体晶粒得以清晰地显示氧化法主要有气氛氧化法和熔盐氧化腐蚀法其中以气氛氧化法较为简便应用最多1气氛氧化法将试样两段面先用细砂纸磨光和抛光制成金相试样然后将试样的抛光面向上装入预先加热到860 ±10℃的具有氧化性气氛炉中普通空气炉加热并在该温度保温 1h试样在加热和保温过程中暴露氧化待试样保温后出炉水冷水冷是为了避免铁素体呈块状析出以防铁素体晶界与奥氏体晶界相混淆造成误评再将水冷后的试样仔细研磨和抛光使晶粒表面的氧化膜几乎完全磨去而晶界处的氧化物只部分被磨掉在显微镜下借助晶界处的黑色氧化物即可显示出高温时的奥氏体晶粒大小如用15盐酸酒精溶液或2～4硝酸酒精溶液浸蚀试样磨面则所形成的黑灰色网络将显露得到更为清楚选择试样的奥氏体晶界轻微氧化或轻度脱碳区域观察晶粒度时沿氧化了的奥氏体晶界形成槽形凹沟可在显微镜下清晰地聚焦成线状它与真实的奥氏体本质晶粒度最为接近奥氏体晶粒显示的结果是否清晰准确关键在于试样冷却后的研磨与抛光研磨过少只能看到氧化膜而看不到晶界研磨过多则可能将氧化晶界全部磨掉这样就无法观测奥氏体晶粒大小因此应严格控制研磨量此法的缺点是所显示的往往为保温初期的奥氏体晶粒大小2 熔盐氧化腐蚀法将制备好的金相试样放入预先加热至 930 ±10℃不氧化的碳酸钠盐浴硼砂槽或其它盐浴中加热保温3h 后再转入成分为BaCl2 13NaCl 13CaCl 13 重量比未经脱氧的盐浴中进行腐蚀腐蚀温度为930 ±10℃腐蚀时间为2～5min腐蚀后的试样在煤油后的试样在煤油中冷却然后用冷水洗净酒精冲洗吹干经适宜的抛光在显微镜下放大100 倍进行观察如氧化网络不清晰时可用4苦味酸酒精溶液浸蚀氧化法适用于显示各种钢的奥氏体本质晶粒度尤以中碳钢及中碳合金钢为宜3 网状铁素体法此方法仅适用于亚共析钢对中碳调质碳素钢较为合适而对某些亚共析合金钢即使在很小的冷却速度下铁素体也不呈网状故此法不宜选用将欲测试样加热含C≤035 时为900 ±10℃保温300min当C＞035 时为860±10℃保温30min 水冷或空冷在冷却过程中当通过临界温度区域时先共析铁素体优先沿奥氏体晶粒边界析出呈网状分布晶粒内部为珠光体除去试样表面层根据围绕在奥氏体晶粒周围的网状铁素体测定钢的本质晶粒度对接近共析成分的亚共析钢在奥氏体化后可预先缓慢冷却至 700～730℃等温保持十几分钟后在空冷到室温也可得到明显的铁素体网网状铁素体法显示奥氏体晶粒的浸蚀剂可采用3～4硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液腐蚀后晶界呈白色网状铁素体冷却速度是决定铁素体网勾划出奥氏体晶界质量好坏的关键如果冷却速度过快铁素体网未能布满奥氏体晶界易产生奥氏体晶粒过大的错觉若冷却太慢铁素体堆积成块状也难以显示出奥氏体晶界所以对不同钢种的冷却速度应通过多次试验选择确定24 网状渗碳体法适用于过共析钢的奥氏体晶粒的显示将试样加热到820±10℃保温30～60min 后炉冷到600℃冷却速度约80～100℃h 出炉以保证渗碳体呈网状分布除去试样表面氧化层制成金相试样用3～4硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液浸蚀此时晶界网状碳化物呈现白色根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络测定钢的奥氏体晶粒度晶粒内部是珠光体5 网状珠光体法一端淬火法适用于淬透性较低的碳素钢和低合金钢以及不能获得完整铁素体或渗碳体网的钢如含碳量接近共析成分的钢实验时可采用Φ20mm ×40mm 的圆柱形试样现将试样加热到900 ±10℃保温1h然后自炉中取出一端淬入水中冷却约入水13～25 长度冷却时不要上下运动只可水平移动试样另一端在空气中冷却由于试样从下端之上端冷却速度逐渐减小因而沿轴向的组织依次由马氏体向珠光体过渡经过这样处理的试样沿纵向磨去约2～3mm 厚以后制成金相试样在淬硬与未淬硬的过渡区则可以找到黑色屈氏体优先沿奥氏体晶界析出的区域在屈氏体网所包围的内部则为灰白色的马氏体根据黑色屈氏体网可以测定钢的晶粒度所用浸蚀剂与网状铁素体法相同6 化学试剂腐蚀法此方法分为直接腐蚀法和马氏体腐蚀法1直接腐蚀法将试样加热到900 ±10℃保温1h 后水冷淬火获得马氏体和贝氏体组织有的钢种还需经过一定温度的回火除去试样表面脱碳层和氧化层制成金相试样选用具有强烈选择性腐蚀的腐蚀剂浸蚀使原奥氏体组织晶界变黑而基体组织腐蚀轻微从而直接显现奥氏体晶粒本法适用于合金化高的能直接淬硬的钢如高淬透性的铬镍钼钢等直接显现奥氏体晶界的腐蚀剂成分与使用条件是①含有05～1烷基苯碘酸钠 100mL 饱和苦味酸水溶液亦可用合成洗衣粉代替烷基苯磺酸钠浸蚀时间依温度不同20～70℃可选用05min 至3h由试验确定如再向此腐蚀剂中加少量医用消毒剂新洁尔灭则能更好控制腐蚀使样品更加清晰②含有 01～015g 十二醇硫酸钠的 100mL 饱和苦味酸水溶液加热到30℃浸蚀约100min 即可上述两种腐蚀剂都可抑制马氏体组织出现促使奥氏体晶界的显示采用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒的常用钢种热处理工艺列于表1-1表1-1 直接显示奥氏体晶粒的热处理工艺钢号淬火工艺回火工艺12CrNi3A 930℃保温15～3h 水冷不经回火12Cr2Ni4A20CrNi3A40Cr 或45Cr60 碳钢38CrMoAlA 930℃保温15～3h 水冷 200～250 ℃保温15～30min 空冷18Cr2Ni4WA 4000 ℃保温30min 空冷40CrNiMoA 930℃保温15～3h 油冷不经回火18CrMnTi38CrA30CrMnSiA30CrMnSiNi2A 930℃保温15～3h 水冷 500℃保温300min 空冷30CrMnNi2MoA 600℃保温300min 空冷32 马氏体腐蚀法适用于淬火是得到马氏体的钢先将试样加热到930℃保温3h 后淬火得到马氏体然后再进行150～250℃15min 短时间回火以增加衬度选用适当腐蚀剂浸蚀由于原始奥氏体各晶粒位向不同则各晶粒间马氏体被腐蚀的深浅亦不同借此衬度颜色差异而显示出奥氏体晶粒大小为得到清晰的组织可重复进行抛光和腐蚀此法腐蚀剂可用1g 苦味酸5mL 盐酸100mL 酒精或 1g 氯化铁15mL 盐酸100mL酒精马氏体腐蚀法对粗大奥氏体晶粒较为有效但对细晶粒奥氏体以及钢中存在带状和树枝状偏析腐蚀时会出现混杂图形影响正确测定另外还有真空法高温金相法和氢气脱碳法等但因测试条件所限尚未普遍应用如选用时可参阅有关资料2实际晶粒度的显示测定实际晶粒度时试样直接在交货状态的钢材或零件上切取在切取及制备试样过程中应避免冷热加工的影响试样一般不经任何预先热处理直接测定制备好的试样用适合的腐蚀剂浸蚀而显示晶粒但这种方法因钢的种类化学成分及状态的不同其效果亦有所不同应根据试验实践选择确定对结构钢淬火和调质状态的原奥氏体晶粒的显示常用的腐蚀剂为1 饱和苦味酸水溶液2 结晶苦味酸4g 水100mL加热至沸腾浸蚀时间约15～20s3 饱和苦味酸水溶液海鸥牌洗净剂混合试剂饱和苦味酸水溶液100mL 加海鸥牌洗净剂1g4 饱和苦味酸水溶液加少量新洁尔灭5 10苦味酸乙醚溶液加盐酸1～2 mL对于结构钢在正火和退火后还常测定其铁素体晶粒度其方法是将试样研磨抛光后以5的硝酸酒精溶液腐蚀约15s 后进行观察并与铁素体标准级别图相比较来评定晶粒度对于大多数钢种淬火回火态的原奥氏晶粒的显示以苦味酸为基的试剂较适宜试剂成分为饱和苦味酸水溶液 100mL洗净剂10mL酸微量对不同钢种和不同热处理状态的原奥氏体晶粒的显示只要适当改换微量酸的种类盐酸硝酸和磷酸等和调整微量酸的加入量5～10 滴就可获得良好的效果高速钢淬火后一般均需测定奥氏体晶粒度以间接考察马氏体针的粗细作为判定淬火加热温度高低和工具热处理质量的主要依据从而控制合适的淬火温度另外分析高速钢成品刀具或进行缺陷分析时还需要检验回火后的晶粒度高速钢奥氏体晶界可用4硝酸酒精溶液或表 1-2 所列试剂浸蚀显示然后按晶粒度评级标准图依不同产品和材料确定不同的晶粒度要求表1-2 高速钢晶粒显示试剂成分编号饱和苦味酸水溶液浓硝酸浓盐酸乙醇甲醇海鸥洗净剂Ⅰ 15 1 25 50Ⅱ10 30 595 05Ⅲ 20 10 30 40注Ⅰ号试剂可用以显示淬火回火后的晶界和马氏体形态Ⅱ号试剂可用以显示淬火回4火后的晶界Ⅲ号试剂可用以显示淬火回火后的晶界深腐蚀可显示马氏体形态如果切取及制备试样借腐蚀直接观察难以分辨晶粒边界无法测定原奥氏体晶粒大小时试样可经适当热处理后再进行测定具体试验方法可按有关规定进行二奥氏体晶粒度的评定奥氏体晶粒度的评定有比较法和截点法两种一般多采用比较法1比较法比较法评定晶粒大小是通过与标准评级图相比较来确定晶粒度级别的图1-1 是钢的晶粒度标准级别图选用此法测定晶粒度时是先将制备好的试样在放大100 倍的显微镜下全面观察晶粒然后选择晶粒度具有代表性的视场与标准级别图比较当二者大小相同时试样的晶粒度就是标准级别图上所标定的级别如试样晶粒大小不均匀时若占优势晶粒所占面积不少于视场的 90时则可记录些一种晶粒的级别数否则应用不同级别来表示该钢的晶粒度其中一个级别代表占优势的晶粒级别例如8 级75 4 级25 等当钢的晶粒过大或过小而用100 倍的放大倍数不方便时可改用其它放大倍数观察和评定然后按照表1-3 的关系换算成100 倍下的标准级别表1-3 常用放大倍数下晶粒度级别数间关系表图像的放与标准评级图编号等同图像的晶粒度级别大倍数 No1 No2 No3 No4 No5 No6 No7 No8 No9No1025 -6 -2 -1 0 1 8 3 4 5 650 -1 0 1 2 3 4 7 6 7 8100 1 2 3 4 5 6 5 8 9 10200 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12400 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14800 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16钢的晶粒度标准评级是将钢中晶粒度分为8 级其中1～4 级的属粗晶粒5～8 级的为细晶粒8 级以上称为超细晶粒比较法评定晶粒度简便迅速但不够准确2 截点法当晶粒度测量准确性要求较高或晶粒为椭圆形时一般采用截点法1 等轴晶粒计算法当欲测定的奥氏体晶粒基本上是等轴时可先进行初步观察以确定晶粒的均匀程度然后选择有代表性的部位和适合的放大倍数测定时先用100 倍观察当晶粒过大或过小时可适当缩小或放大显微镜倍数以在80mm 视场直径内不少于50 个晶粒为限再将所选定部位的图像投影在毛玻璃上计算与一条直线相交截的晶粒数目截点数直线要有足够长度L 以使与直线相交截的截点数目不少于 10 个计算时直线端部未被完全交截的晶粒应以一个晶粒计算之选择三条以上不同部位的直线来计算相截的截点数用相截的截点总数Z 除所选用的直线总长度实际长度以mm 计得出弦的平均长度a mm 再以弦的平均长度值根据晶粒级别对照表便可确定钢的晶粒度弦的平均长度为nLdZ Z Z M1 2 35式中M显微镜的放大倍数截点法也可在带有目镜测微尺的显微镜下通过平行移动视场直接观察计数一般也是测Z 个晶粒的总长度再求弦的平均长度a2 非等轴晶粒计算法沿试样的三轴线分别计算出各轴线方向每 1mm 长度的平均节点数量每一轴线方向的平均截点数必须在不少于三条直线下求得3由试样的三个轴线方向得出每1mm 长度的平均截点数量值按下式计算出每 1mm 内平均截点数N 07n n n纵横法3式中 n每1mm 内平均截点数n 纵纵向上每1mm 长度平均截点数n 横横向上每 1mm 长度平均截点数n 法横向上每 1mm 长度平均截点数07晶粒扁圆度系数由上式计算出n 值根据晶粒级别对照表确定钢的晶粒度三实验设备及材料根据实验所采用的测定奥氏体晶粒度的方法选用所需要的设备和材料 1中温和高温热处理加热炉2 金相显微镜配有目镜测微尺3制备金相试样所需物品砂轮机抛光机砂纸腐蚀剂2～4硝酸酒精溶液或饱和苦味酸水溶液等4 晶粒度标准级别图5试验钢材20CrNi3A 40Cr 45 钢或T8T12CrWMn 等钢试样尺寸圆形试样Φ10～20mm ×15mm或矩形试样10mm×10mm×20mm6图1-1 晶粒度标准级别图四实验内容及步骤采用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒并用比较法或计算法评定晶粒度级别同时验证加热温度对奥氏体晶粒大小的影响实验步骤如下一分组试验人员按不同加热温度分成若干组试样的加热温度为850℃900℃930℃950℃1000℃1100℃等二试样奥氏体晶粒的显示进行测定奥氏体晶粒度时先选用下列一种方法显示出奥氏体晶粒1氧化法1 每人取试样一块将其两端面研磨并抛光制成金相磨片2 将制备好的试样分别放置于加热到上述规定温度的热处理炉中试样磨面向上并应使加热和氧化均匀一致试样在指定温度保温30min 后取出放入水中冷却3 将冷却后的试样磨面在 04 号砂纸上仔细研磨待磨面磨至大部分发亮时进行抛光为找到一个合适的评级区域可将试样研磨抛光成一个倾斜面10o～15o有时还可配合显微镜观察控制研磨量4 试样抛光后若晶界显示不清晰时可采用浸蚀剂将试样磨面适度浸蚀便可清晰地显示出奥氏体晶界网络2直接腐蚀法1 选用20CrNi3A 或40Cr 等钢制成Φ10mm×10～20mm 圆形或矩形试样2 先将试样放入规定温度的热处理炉中加热加热到温后保温 30min 然后迅速淬入水中冷却以获得马氏体组织3 淬火后的试样磨去脱碳层制成金相试样选用含有 05～1烷基苯磺酸盐的7100mL 苦味酸饱和溶液等腐蚀剂浸蚀由于晶粒边界被腐蚀变黑依次测定奥氏体晶粒度腐蚀时间根据试验条件经试验确定配置腐蚀剂时应煮沸和充分溶解4 为获得更清晰光亮的组织试样可经二次或三次腐蚀抛光重复进行或向腐蚀剂中加少量新结尔灭或将腐蚀剂加热到50～60℃后腐蚀均可3网状铁素体法采用网状铁素体显示亚共析钢的奥氏体晶粒其热处理条件与氧化法相同但是试样预先不需研磨在加热过程中应防止氧化冷却速度应依次不同钢种恰当选择通常对低碳钢可选用油冷中碳钢选用空冷中碳合金钢选炉冷三评级待奥氏体晶粒显示后即可根据试验条件和需要采用比较法或计算法评定试验钢材试样奥氏体晶粒度级别五实验报告要求1写出对实验目的及所选用奥氏体晶粒显示和评级方法原理的简要叙述2 记录及画表格列出全组或全班实验结果并确定本实验用钢奥氏体晶粒度级别3绘出实验用钢或不同实验用钢加热温度与奥氏体晶粒长大关系曲线或比较不同实验用钢奥氏体晶粒长大的倾向性并说明加热温度对奥氏体晶粒大小的影响4 实验结果的分析讨论8实验二钢的淬透性一实验目的1了解钢的淬透性测定方法2 掌握用末端淬透性试验法测定钢的淬透性3研究合金元素等对钢的淬透性的影响二实验原理钢的淬透性是结构钢与工具钢的重要热处理工艺性能之一钢的淬透性对钢材的组织及性能有着十分重要的影响因而钢的淬透性亦是机械零件设计时选择钢种和生产上制定热处理工艺的主要依据之一为了合理地选择和使用工业用钢以及正确地进行钢的热处理对钢的淬透性进行测定和了解具有很大的实际意义一淬透性的本质与评定钢的淬透性也称可淬性是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力它是钢材本身固有的一个属性它主要与钢的过冷奥氏体稳定性或钢的临界淬火冷却速度有关淬火是最常用的一种热处理工艺对结构钢和工具钢来说淬火是为了获得马氏体组织零件淬火时表面冷却快愈向心部冷却愈慢如果中心点的冷却速度达到或超过该钢种的临界淬火速度则钢件整个界面均可得到马氏体组织即钢件被淬透而当心部冷却速度小于临界淬火速度时则将在心部出现非马氏体称为未淬透在未淬透的情况下全淬成马氏体的区域就是淬硬层或淬透层钢件经淬火后一般从表面到心部一定深度均可获得马氏体组织这种马氏体组织的深度通常称为淬透层深度或淬硬层深度钢的淬透性反映了钢在淬火时获得马氏体的能力因此通常用标准尺寸试样在一定条件下淬火而得到的淬硬层深度h 或全部淬透的最大直径DC 来表示淬透性大小然而由于不同钢种的淬透性不同故其淬硬层深度以及能淬透的最大直径也不同淬硬层深度及直径愈大表面该钢种的淬透性愈高在实际的淬火钢件中由于从表面到中心各个部位的冷却速度不同因而各部位的组织和性能也就不同从表面全部马氏体组织开始向内依次为屈氏体索氏体珠光体甚至在心部出现铁素体此时显然应以全部马氏体组织或包含有很少量残余奥氏体组织层的深度作为判定淬透性的标准但是实际上当马氏体组织中含有 5～10非马氏体组织时是很难准确分辨出来的在硬度上亦无法测量出来因此现多采用由表面至半马氏体组织即50马氏体和50非马氏体组成的距离为淬透层深度并以此深度作为判定淬透性的标准这是因为半马氏体区域硬度变化显著很容易测量在酸蚀的断面上呈现出明显的明暗分界面见图2-1因此可以认为淬火后的马氏体组织大于50的部分即是被淬透的半马氏体组织的硬度主要与含碳量有关如图2-2 所示实践证明对碳素钢和不具有复杂奥氏体等温转变曲线的低合金钢及中合金钢采用半马氏体作为判定淬透性的标准是没有重大误差的但近年来贾查克Jatezak 等认为在淬火钢中存在 50的非马氏体组织与。

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-Fe3C 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-Fe3C相图中的平衡线A1(PSK线)、A3(GS线)、Acm(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Ac1、Ac3、Accm表示实际冷却时——临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm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Accm 以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3CI→ 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。

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。

1、AC1钢加热时，开始形成奥氏体的温度。

2、AC3钢加热时，开始形成奥氏体的温度。

3、AC4低碳亚共析钢加热时，奥氏体开始转变为δ相的温度。

4、ACCM过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度。

5、AR1钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度。

6、AR3亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。

7、AR4钢在高温形成的δ相在冷却时，开始转变为奥氏体的温度。

8、ARCM过共析钢高温完全奥氏体化后冷却时，渗碳体或碳化物开始析出的温度。

9、A1也写做Ae1，是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度，也就是一般所说的下临界点。

10、A3也写做Ae3，是亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度，也就是说亚共析钢的上临界点。

11、A4也写做Ae4，是在平衡状态下，δ相和奥氏体共存的最低温度。

12、ACM也写做Aecm，是过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度，也就是过共析钢的上临界点。

13、Mb马氏体爆发形成温度，以Mb表示（Mb≤ MS）。

当奥氏体过冷至MS点以下时，瞬间爆发式形成大量马氏体，并伴有响声，同时释放相变潜热，使温度回升。

14、Md马氏体机械强化稳定化临界温度。

15、Mf马氏体相变强化临界温度。

16、Mf有的文献以Mf表示奥氏体转变为马氏体的终了温度。

17、Mg奥氏体发生热稳定化的一个临界温度。

18、Ms钢奥氏体化后冷却时，其中奥氏体开始转变为马氏体的温度，符号中的“S”是“始”字汉语拼音第一个字母，也就是俄文书籍中的MH和英文书籍中的MS。

19、Mz奥氏体转变为马氏体的终了温度，符号中的“Z”是“终”字的汉语拼音第一个字母，也就是俄文书籍中的MK和英文书籍中的Mf。

注：AC1、AC3、AC4和ACCm随加热速度而定，加热越快，其越高；Ar1、Ar3、Ar4和Arcm则随冷却速度的加快而降低，当冷却速度超过一定值（临界冷却速度）时，它们将完全消失。

钢在冷却时的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。

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。

一、 共析钢等温转变 C 曲线先介绍几个概念。

等温冷却和连续冷却；过冷奥氏体：处于 A1以下热力学不稳定的奥氏体，而奥氏体在 A1以上是稳定的，不会发生转变。

所以等温转变 C 曲线讲的就是过冷奥氏体在等温冷却条件下的转变规律。

（一） 、等温 C 曲线的测定（略）（二） 、等温 C 曲线的结构坐标轴、线、区的含义；孕育期的问题，引出 C 曲线的“NOSE”，共析钢过冷奥氏体最不稳定的温度是550℃，也就是说其“NOSE”出现在 550℃。

C 曲线的“NOSE”对钢的热处理影响很大，应注意。

（三） 、转变产物按照不同的冷却条件，过冷奥氏体在不同的温度范围内等温时将转变成不同的产物。

1、 珠光体类型转变在 A1--550℃之间等温时，过冷奥氏体转变成珠光体类型组织（即都是由 F 和 Fe3C 组成 ） ，而且等温温度越低， 组织中 F 和 Fe3C 的层片间距越小，组织越细，力学性能越高。

这些组织分别称为珠光体、索氏体和屈氏体，用符号 P、 S、T 表示。

其中 S 只有在1000倍的显微镜下才能分辨出其层片状形态；而 T 则只有在更高倍的电子显微镜下才能分辨 出其层片状形态。

这个转变是一个扩散型相变，需要完成铁的晶格改组和碳原子的重新分布。

2、 贝氏体转变在550℃--Ms 之间等温时，过冷奥氏体发生贝氏体转变。