1、2022-7-7任務(wù)四任務(wù)四 鋼的熱處理鋼的熱處理 鋼在加熱及冷卻時的組織轉(zhuǎn)變建議：4課時學(xué)習(xí)活動2學(xué)習(xí)目的與要點學(xué)習(xí)目的與要點學(xué)習(xí)重點與難點學(xué)習(xí)重點與難點熟悉并掌握鋼在加熱、冷卻時的（溫度對組織轉(zhuǎn)變的影響） 組織轉(zhuǎn)變過程（相變溫度、A的形成、長大）。熟悉并掌握P、B下、B上、M轉(zhuǎn)變及殘余A以及相變組織對金屬材料性能的影響 鋼在加熱、冷卻時的（溫度對組織轉(zhuǎn)變的影響）組織轉(zhuǎn)變過程（相變溫度、A的形成、長大）、（A等溫轉(zhuǎn)變、A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變）P、B下、B上、M轉(zhuǎn)變及殘余A各相變及其相變組織對金屬材料性能的影響一、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 1、固態(tài)相變類型：擴散性相變、半擴散性相變、非擴散性相變2、奧氏體的形

2、成：鋼加熱到臨界點以上的溫度，形成奧氏體的 過程又稱奧氏體化 奧氏體是碳在-Fe中的間隙型固溶體，具有面心立方晶格，在光鏡下通常是多邊形晶粒組織。 在鋼的各種組織中，奧氏體的比體積最小，線膨脹系數(shù)大，熱導(dǎo)率低。奧氏體的屈服強度很低，塑性很好，易于變形加工成形，鋼的鍛造和軋制均在奧氏體狀態(tài)下進行。重點鋼的奧氏體化 皆轉(zhuǎn)為奧氏體 （A） 鋼的奧氏體化相圖 牢記該圖并融會貫通 奧氏體生核 奧氏體長大 殘余滲碳體溶解 奧氏體均勻化 鋼的奧氏體化加熱溫度曲線 亞共析鋼需加熱到Ac3以上，共析鋼需加熱到Ac1以上，過共析鋼需加熱到Accm以上，才能得到成分均勻單一的奧氏體組織。 3、A晶粒長大與影響因素

3、在鋼加熱奧氏體化以后，若繼續(xù)保溫或升溫，奧氏體晶粒將會長大。奧氏體晶粒的長大機制與再結(jié)晶晶粒長大機制相似，小晶粒被吞并，大晶粒長大以及晶界平直化。 加熱溫度越高奧氏體晶粒長大速度越快，保溫時間越長晶加熱溫度越高奧氏體晶粒長大速度越快，保溫時間越長晶粒長得越大粒長得越大。 鋼中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后的組織和性能。奧氏體晶粒細小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒也較細小，性能較好；反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒則粗大，而且其性能也較差。打比方，說明。詳細解析 4、奧氏體晶粒度的概念：晶粒度N表示，晶粒度通常分8級評定，1級最粗，8級最細，若比10級還細，則為超細晶粒。晶粒度級別與晶粒大小的關(guān)系為：(a)剛剛完成

4、奧氏體化的晶粒大小稱為“起始晶粒度”。(b)“實際晶粒度”是在具體的加熱溫度、保溫時間的條件下獲得的晶粒大小。(c)“本質(zhì)晶粒度”表明奧氏體晶粒長大傾向(經(jīng)93010，保溫38 小時后測得奧氏體晶粒大小) 晶粒度大小在晶粒度大小在58級為本質(zhì)細晶粒鋼，級為本質(zhì)細晶粒鋼，14級為本質(zhì)粗晶級為本質(zhì)粗晶粒鋼。粒鋼。使用標(biāo)準(zhǔn)粒度對照圖表 鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒號加熱溫度與奧氏體晶粒長大關(guān)系詳細分析5、影響晶粒度的因素 (1)加熱溫度和時間的影響：加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒度越粗大。 (2)含C量的影響 (3)殘余滲碳體 (4)合金元素的影響 選用含有一定合金元素的鋼 大多數(shù)合金元素，如r、Mo、T等

5、，在鋼中均可以形成難溶于奧氏體的碳化物，如Cr7C3、C、Mo2C、VC、TiC等，分布在晶粒邊界上，阻礙奧氏體晶粒長大； Al：形成不溶于A的氧化物和氮化物； Si，Ni，Co促進石墨化，自由存在元素Cu等阻礙奧氏體晶粒長大； Mn、P加速A長大。二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 1、過冷奧氏體在不同的溫度區(qū)間會發(fā)生三種不同的轉(zhuǎn)變。 1)在A1550C區(qū)間發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是珠光體(P)，其硬度值較低，在1140HRC之間； 2)550CMs點區(qū)間發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)物是貝氏體(B)，硬度值較高在4055HRC之間； 3)在Ms點以下將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體(M)，馬氏體的硬度很高，可達到60

6、HRC以上。共析鋼共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線（等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）曲線）TTT高溫轉(zhuǎn)變 ：在A1550之間中溫轉(zhuǎn)變：550Ms(230 )之間低溫轉(zhuǎn)變：在Ms (230 ) Mf(50 )之間2、珠光體的形成及其組織 1)粒狀P 溫度：A1線附近長時間保溫 Fe3C 以粒狀分布于F 基體上形成的混合組織。采用球化處理工藝可以得到粒狀珠光體組織。Fe3C 的量由鋼的C%決定；Fe3C 的尺寸、形狀由球化工藝決定。 Fe3C 以粒狀分布于F 基體上 (a)珠光體在Al650C區(qū)間形成，片間距約大于0.4m；(b)索氏體在650600C之間形成，片間距較小約0.40.2m；(c)屈氏體形成溫度在6

7、00550C，片間距小于0.2m。2)片狀P 首先在奧氏體晶界處形成Fe3C的核心，然后不斷長大，周圍奧氏體將發(fā)生晶格改組轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，鐵素體的生成促使?jié)B碳體的長大和形核，長大的滲碳體可以分枝，它們共同生長的結(jié)果便得到層片的分布。在一個奧氏體晶粒中可能有數(shù)處形核，各自分別發(fā)展成不同的領(lǐng)域，直到奧氏體完全消失。此外，滲碳體形核與原奧氏體有一定的位向關(guān)系，所以珠光體在奧氏體中常為幾種特定方向。 3) P的性能 珠光體組織的基體是鐵素體，其硬度與屈服強度很低，塑性很好，靠硬而脆的滲碳體分散在其中來強化。因此珠光體的力學(xué)性能主要取決于滲碳體的分散度(即珠光體的片間距)和滲碳體的形狀。 P、S、T下顯微

8、組織相圖 珠光體 3800 索氏體 8000 屈氏體 8000 強硬度強硬度： P粒粒P S T3、馬氏體組織形態(tài)及性能 鋼中的馬氏體是碳在Fe中的過飽和固溶體，具有體心正方晶格 1）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點 （1）過冷A冷到Ms點以下發(fā)生(共析鋼230C)；（2）無擴散型相變 ,具有瞬時性;（3）沿一定的慣析面及位向關(guān)系切變共格形核;正方度c/a（4）馬氏體轉(zhuǎn)變具有不完全性殘A;（5）在一個溫度范圍內(nèi)完成的（Ms-Mz）;（6）馬氏體形成時體積膨脹, 在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力 。2）鋼中馬氏體的組織形態(tài) （1）板條狀馬氏體 （2）片狀馬氏體 板條狀馬氏體 片狀馬氏體 低碳鋼馬氏體 高碳鋼馬氏體3）

9、馬氏體高硬度高強度的原因：（1）相變強化（位錯，孿晶）；（2）碳原子固溶強化等。種類 含C量 形態(tài) 亞結(jié)構(gòu) 強化方式M板 1.0% 雙凸鏡狀 孿晶 固溶和孿晶強化4）馬氏體的塑性和韌性與馬氏體的亞結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，同樣強度的板條馬氏體的塑性和韌性比片狀馬氏體要好得多。（1）片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，孿晶使馬氏體中的滑移系顯著地減少(僅有體心立方金屬的14)，使滑移困難，強度升高而塑性和韌性嚴(yán)重下降；（2）片狀馬氏體C過飽和大，c/a大，畸變大，殘余應(yīng)力大。4、貝氏體組織形態(tài)及性能 1）貝氏體的產(chǎn)生 鋼中的貝氏體轉(zhuǎn)變是鋼經(jīng)奧氏體化后，過冷到珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變之間的中溫溫度發(fā)生的轉(zhuǎn)變，又稱

10、中溫轉(zhuǎn)變（550C-Ms）。 在貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間，鐵和合金元素的原子已經(jīng)很難擴散，只有碳原子可以擴散，因此，貝氏體為半擴散型相變。 貝氏體是由過飽和鐵素體和滲碳體兩相組成的混合物，鋼中貝氏體的形態(tài)比較復(fù)雜，最常見的基本形態(tài)是上貝氏體和下貝氏體。2）組織形態(tài) （1）上貝氏體的形成溫度比較高，對于共析鋼約在550350C之間，在光鏡下可以看到上貝氏體呈羽毛狀。上貝氏體是由大致平行的板條狀鐵素體和分布在板條間的不連續(xù)的滲碳體組成的。 （2）下貝氏體的形成溫度是在中溫區(qū)的下部，對于共析鋼約為350240C之間。在光鏡下下貝氏體呈黑針狀。下貝氏體的鐵素體片中分布有細片狀碳化物，碳化物的取向與鐵素體片

11、的長軸約成5565角。鐵素體中有較高密度的位錯。具有更大的過飽和度。 上貝氏體 下貝氏體 3）貝氏體的力學(xué)性能 （1）貝氏體中的鐵素體晶粒細小，位錯密度高，有一定的過飽和度，所以強度和硬度較高。貝氏體中的滲碳體是強化相，滲碳體的數(shù)量越多，貝氏體的強度和硬度越高，而塑性、韌性越差。（2）上貝氏體中的鐵素體板條較寬，比珠光體的片間距還大，滲碳體分布在F之間，不僅塑性變形抗力低，而且易于裂紋傳播，因此上貝氏體的抗拉強度和斷裂強度較低，韌性較差。（3）下貝氏體中的鐵素體片比較細薄，片內(nèi)有較高密度的位錯，而且碳化物彌散分布在鐵素體片中，片間距小，因此，下貝氏體具有較高的強度和較好的韌性，特別是其韌脆轉(zhuǎn)變

12、溫度較低。5、過冷A冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖 1）TTT圖（1）TTT圖的建立 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線又稱TTT圖或C曲線。a.圖中左邊的曲線是轉(zhuǎn)變開始線，右邊的曲線是轉(zhuǎn)變完了線。b.它的上部向A1線無限趨近，它的下部與Ms線相交。Ms點是奧氏體開始向馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度。c.過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變需要經(jīng)過一段孕育期，在550500C等溫時孕育期最短，轉(zhuǎn)變最快，稱為C曲線的“鼻子”。 例：對共析鋼進行等溫冷卻測定，可獲得過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（也稱C曲線）。 步驟： 對共析鋼進行一系列不同過冷度的等溫冷卻實驗，如700、650、600、550C等。 測出過冷奧氏體在恒溫下轉(zhuǎn)變開始時間。 測出過冷奧氏體在恒溫下轉(zhuǎn)

13、變終了時間 在溫度 時間坐標(biāo)中把開始時間、終了時間 分別連接起來。完成上述步驟后，即可畫出共析鋼C曲線！共析鋼等溫曲線繪制 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 2）過冷A產(chǎn)物在TTT圖中的分布APSBMAAAABMMA1TAA上下sf-1000100200300400500600700800溫度/時 間 /sP轉(zhuǎn)變范圍B轉(zhuǎn)變范圍M轉(zhuǎn)變范圍C3） 影響TTT圖的因素： （1）C的影響 a.亞共析鋼 b.過共析鋼 （2）合金元素的影響 （3）加熱溫度和保溫時間 6、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT） 在絕大多數(shù)情況下奧氏體轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻的條件下進行的。因此，研究過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT圖)，

14、有更大的實際意義。過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT） 在絕大多數(shù)情況下奧氏體轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻的條件下進行的。因此，研究過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT圖)，有更大的實際意義。 不同冷卻速度下，過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變的時間和溫度不同，冷卻速度越快，開始轉(zhuǎn)變所需的時間越短，轉(zhuǎn)冷卻速度越快，開始轉(zhuǎn)變所需的時間越短，轉(zhuǎn)變溫度越低變溫度越低: (a) 在連續(xù)冷卻條件下，共析碳鋼不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變共析碳鋼不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。若冷卻速度小于小于33.4C/s時時，奧氏體將全部轉(zhuǎn)變成珠光體，(b) 若冷卻速度在3、2曲線之間，則奧氏體冷卻到500C時，已有相當(dāng)一部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而尚未轉(zhuǎn)變的而尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體將停止轉(zhuǎn)變，直到冷卻到奧氏體將停止轉(zhuǎn)變，直到冷卻到Ms點以下發(fā)生馬氏體點以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。(c) 若冷卻速度大于大于140C/s，過冷奧氏體將不會發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，將一直冷卻到將一直冷卻到Ms點以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變點以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。臨界冷卻速度(意義？)。 總 結(jié) 鋼在加熱時的（溫度對組織轉(zhuǎn)變的影響）組織轉(zhuǎn)變過程（相變溫