第11章固態(tài)相變與材料處理 b-yao

1、姚寶殿姚寶殿上海工程技術(shù)大學(xué)材料學(xué)院上海工程技術(shù)大學(xué)材料學(xué)院T材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)B（2013-2014（1） 第第1111章章 固態(tài)相變與材料處理固態(tài)相變與材料處理5 5 鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1、熱處理熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝.l為簡(jiǎn)明表示熱處理為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過(guò)程，的基本工藝過(guò)程，通常用溫度通常用溫度時(shí)間時(shí)間坐標(biāo)繪出坐標(biāo)繪出熱處理工熱處理工藝曲線(xiàn)藝曲線(xiàn)。 5.1 熱處理概述熱處理概述 在機(jī)床制造中在機(jī)床制造

2、中約約60-70%的零的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。件要經(jīng)過(guò)熱處理。 在汽車(chē)、拖拉機(jī)制造業(yè)中在汽車(chē)、拖拉機(jī)制造業(yè)中需需熱處理的零件達(dá)熱處理的零件達(dá)70-80%。熱處理是一種重要的加工工藝，熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用. l模具、滾動(dòng)軸承模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過(guò)需經(jīng)過(guò)熱處理。熱處理。l總之，重要零件總之，重要零件都需適當(dāng)熱處都需適當(dāng)熱處理后才能使用。理后才能使用。 2、熱處理熱處理特點(diǎn)特點(diǎn): 熱處理區(qū)別熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造于其他加工工藝如鑄造、壓力壓力加工等的特點(diǎn)是加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形

3、狀。不改變其形狀。 鑄造鑄造軋制軋制3、熱處理、熱處理適用范圍適用范圍:只只適用于固態(tài)下發(fā)生相變適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料的材料，不發(fā)生固態(tài)相，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。強(qiáng)化。 4、熱處理分類(lèi)、熱處理分類(lèi) 熱處理原理熱處理原理：描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱(chēng)：描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱(chēng)熱處理原理熱處理原理。熱處理工藝熱處理工藝：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)稱(chēng)稱(chēng)熱處理工藝熱處理工藝。(a)940淬火+220回火（板條M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F

4、+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F） 20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織鋼不同熱處理工藝的顯微組織根據(jù)根據(jù)加熱、冷卻方式加熱、冷卻方式及及鋼組織性能變化特點(diǎn)鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將不同，將熱熱處理工藝分類(lèi)如下：處理工藝分類(lèi)如下：其他熱處理其他熱處理普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處理熱處理熱處理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空熱處理真空熱處理形變熱處理形變熱處理激光熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理控制氣氛熱處理表面淬火表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等電接觸加熱等化學(xué)

5、熱處理化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等共滲、滲其他元素等5、預(yù)備熱處理與最終熱處理、預(yù)備熱處理與最終熱處理 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理?；蜻M(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。 最終熱處理最終熱處理賦予工件所要求的使用性能的熱處理賦予工件所要求的使用性能的熱處理.預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理最終熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲鋼熱處理工藝曲線(xiàn)線(xiàn)時(shí)時(shí)間間溫度溫度/ 鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示表示;冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用冷卻時(shí)的實(shí)

6、際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示表示。 由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊(cè)由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是以中的數(shù)據(jù)是以30-50/h 的速度加熱或冷卻時(shí)測(cè)得的的速度加熱或冷卻時(shí)測(cè)得的.6、臨界溫度臨界溫度與與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度l鐵碳相圖中鐵碳相圖中PSK、GS、ES線(xiàn)分線(xiàn)分別用別用A1、A3、Acm表示表示.l實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過(guò)實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過(guò)冷或過(guò)熱現(xiàn)象，因此將冷或過(guò)熱現(xiàn)象，因此將加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是以下加熱，不發(fā)生相

7、變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱(chēng)目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱(chēng)奧氏體化奧氏體化。 鋼坯加熱鋼坯加熱一、一、奧氏體的形成過(guò)程奧氏體的形成過(guò)程l奧氏體化也是形核和長(zhǎng)大奧氏體化也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，的過(guò)程，分為四步。以共分為四步。以共析鋼為例說(shuō)明：析鋼為例說(shuō)明：第一步第一步 奧氏體晶核形成：奧氏體晶核形成：首先在首先在 與與Fe3C相界形核。相界形核。第二步第二步 奧氏體晶核長(zhǎng)大：奧氏體晶核長(zhǎng)大： 晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向 和和Fe3C方方向長(zhǎng)大。向長(zhǎng)大。第三步第三步 殘余殘余Fe3C溶解溶解: 鐵素體的成分鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于

8、奧氏體，因結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。 第四步第四步 奧氏體成分均勻化：奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間碳含量仍很高，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。保溫使奧氏體成分趨于均勻。溫度，溫度，共析鋼奧氏體化共析鋼奧氏體化曲線(xiàn)（曲線(xiàn)（875退火）退火）共析鋼奧氏體化過(guò)程共析鋼奧氏體化過(guò)程奧氏體的形成奧氏體的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA殘余殘余Fe3CAAAA 形核形核A 長(zhǎng)大長(zhǎng)大殘余殘余Fe3C溶解溶解A 均勻化均勻化 亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧

9、氏亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程與共析鋼基本相同體化過(guò)程與共析鋼基本相同。但由于先共析但由于先共析 或二次或二次Fe3C的的存在，要獲得全部奧氏體組存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或或Accm以上以上.二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素1、奧氏體晶粒長(zhǎng)大奧氏體晶粒長(zhǎng)大 奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱(chēng)晶粒度稱(chēng)起始晶粒度起始晶粒度,此時(shí)晶粒細(xì)小均勻。此時(shí)晶粒細(xì)小均勻。 隨加熱溫度升高或保隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體溫時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大，這也是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。奧氏，這也是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。

10、奧氏體晶粒長(zhǎng)大過(guò)程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程相同。體晶粒長(zhǎng)大過(guò)程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程相同。奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度: 1.起始晶粒度起始晶粒度:珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏 體的晶粒大小。體的晶粒大小。 2.實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度:熱處理后所獲得的奧氏熱處理后所獲得的奧氏 體晶粒的大小。體晶粒的大小。 3.本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度:度量鋼本身晶粒在度量鋼本身晶粒在930 10 ，保溫，保溫8h, 晶粒長(zhǎng)大的程度。晶粒長(zhǎng)大的程度。 鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間: 加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)加熱溫度高

11、、保溫時(shí)間長(zhǎng), 晶粒粗大晶粒粗大.加熱速度加熱速度: 加熱速度越快加熱速度越快,過(guò)熱度越大過(guò)熱度越大, 形核率越高形核率越高, 晶粒越細(xì)晶粒越細(xì). 合金元素：合金元素：阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等等碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P、C、N。 原始組織原始組織: 平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)晶粒。平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)晶粒。奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤

12、其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式：鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式：p 過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變p 過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變5.3 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度臨界溫度臨界溫度連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻1.等溫冷卻等溫冷卻把加熱到把加熱到A狀態(tài)的鋼，快速冷狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于卻到低于Ar1某一溫度，等溫某一溫度，等溫一段時(shí)間，使一段時(shí)間，使A發(fā)生轉(zhuǎn)變，

13、然發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。后再冷卻到室溫。2.連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻把加熱到把加熱到A狀態(tài)的鋼，以不同狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度（空冷，隨爐冷，的冷卻速度（空冷，隨爐冷，油冷，水冷）連續(xù)冷卻到室溫油冷，水冷）連續(xù)冷卻到室溫。鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式：鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式：5.3.1 等溫冷卻等溫冷卻 等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)T1等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)x xt0T1 T2 T3T2T3100% 在一定過(guò)冷度下的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力在一定過(guò)冷度下的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)可用阿弗拉密學(xué)可用阿弗拉密( (Avrami)方程描方程描述：述：)exp(1nbtXn討論相變的速率問(wèn)題，即在恒

14、溫下相變量與時(shí)間的關(guān)系 。用于用于Avrami方程式中的方程式中的n值值0.5片狀物增厚1針狀物增厚2.5 1.5質(zhì)點(diǎn)由小尺寸長(zhǎng)大 1)以恒定速率形核 2)僅在開(kāi)始轉(zhuǎn)變時(shí)形核過(guò)飽和固溶體脫溶1在晶界上形核2在晶粒的棱上形核3僅在開(kāi)始轉(zhuǎn)變時(shí)形核4以恒定速率形核胞狀轉(zhuǎn)變 (包括共析轉(zhuǎn)變和不連續(xù)脫溶等)n 值 相 變 類(lèi) 型等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)：等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)： 將不同溫度下的將不同溫度下的S S曲線(xiàn)整理在時(shí)間曲線(xiàn)整理在時(shí)間- -溫度曲線(xiàn)上，可以得到相溫度曲線(xiàn)上，可以得到相變的綜合動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，即等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)。等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)表變的綜合動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，即等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)。等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)表示了示了轉(zhuǎn)變量、轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變時(shí)間之間

15、轉(zhuǎn)變量、轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變時(shí)間之間的關(guān)系，一般是由的關(guān)系，一般是由兩條形狀呈兩條形狀呈C C形的曲線(xiàn)構(gòu)成，所以我們也將其稱(chēng)之為形的曲線(xiàn)構(gòu)成，所以我們也將其稱(chēng)之為。T1等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)等溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)x xt0T1 T2 T3T2T3100% 過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖（過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖（TTT圖圖） 過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)又稱(chēng)又稱(chēng)TTTTTT圖、圖、ITIT圖或圖或C C曲線(xiàn)曲線(xiàn)。綜合反映了過(guò)冷奧氏體在冷綜合反映了過(guò)冷奧氏體在冷卻時(shí)的等溫轉(zhuǎn)變溫度、等溫卻時(shí)的等溫轉(zhuǎn)變溫度、等溫時(shí)間和轉(zhuǎn)變量之間的關(guān)系（時(shí)間和轉(zhuǎn)變量之間的關(guān)系（即反映了過(guò)冷奧氏體在不同

16、即反映了過(guò)冷奧氏體在不同的過(guò)冷度下等溫轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度下等溫轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間、轉(zhuǎn)變終了時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、轉(zhuǎn)變終了時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類(lèi)型、轉(zhuǎn)變量與等轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類(lèi)型、轉(zhuǎn)變量與等溫溫度、等溫時(shí)間的關(guān)系）溫溫度、等溫時(shí)間的關(guān)系）。T - timeT - temperatureT - transformationITIsothermal Transformationn 金相硬度法金相硬度法奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的金相形態(tài)和硬度金相形態(tài)和硬度不同。不同。n 膨脹法膨脹法奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容比容不同。不同。n 磁性法及電阻法磁性法及電阻法 奧氏體為順磁性，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵磁性。奧氏體

17、為順磁性，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵磁性。C 曲線(xiàn)的測(cè)定方法（1）選擇一系列試樣，將試樣加熱奧氏體化；）選擇一系列試樣，將試樣加熱奧氏體化；（2）將試樣在）將試樣在A1點(diǎn)下不同溫度保溫不同時(shí)間；點(diǎn)下不同溫度保溫不同時(shí)間；（3）淬水冷卻，以保留，固定轉(zhuǎn)變產(chǎn)物；）淬水冷卻，以保留，固定轉(zhuǎn)變產(chǎn)物；（4）確定各溫度、時(shí)間下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變量；）確定各溫度、時(shí)間下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變量；（5）建立轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物、轉(zhuǎn)變量的）建立轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物、轉(zhuǎn)變量的關(guān)系曲線(xiàn)。關(guān)系曲線(xiàn)。一、共析碳鋼一、共析碳鋼 TTT 曲線(xiàn)建立過(guò)程示意圖曲線(xiàn)建立過(guò)程示意圖時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100

18、100200500600700溫度溫度()0400A11、過(guò)冷過(guò)冷A A等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的基本形式等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的基本形式（一）共析鋼的（一）共析鋼的C C曲線(xiàn)分析曲線(xiàn)分析 (1)(1)線(xiàn)、區(qū)的意義線(xiàn)、區(qū)的意義線(xiàn)線(xiàn)：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)A A1 1線(xiàn)，線(xiàn)，M MS S線(xiàn)線(xiàn)，M Mf f線(xiàn)線(xiàn)，轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)，轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)。轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)，轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)。區(qū)區(qū)：A A1 1以上為穩(wěn)定以上為穩(wěn)定A A區(qū)，過(guò)冷區(qū)，過(guò)冷A A區(qū)區(qū)，過(guò)冷過(guò)冷A A等溫轉(zhuǎn)變區(qū)等溫轉(zhuǎn)變區(qū)（APAP、ABAB），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（P P、B B），），M M形成形成區(qū)（區(qū)（AMAM

19、）、）、M M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（M M或或M+ArM+Ar） 孕育期最短的部位，即轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)的突出部分孕育期最短的部位，即轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)的突出部分, ,稱(chēng)為稱(chēng)為鼻子鼻子。 為什么呈為什么呈C字形（存在鼻點(diǎn)）？字形（存在鼻點(diǎn)）？ 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變速度取決于轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散能過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變速度取決于轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)散能力，而力，而TT， G G ，DD。 在在A1A1550550區(qū)間區(qū)間, ,隨過(guò)冷度增大隨過(guò)冷度增大, ,原子擴(kuò)散較快原子擴(kuò)散較快, ,轉(zhuǎn)變速度較快。轉(zhuǎn)變速度較快。 550550以下以下, ,隨過(guò)冷度增大隨過(guò)冷度增大, ,原子擴(kuò)散速度越來(lái)越慢原子擴(kuò)散速度越來(lái)越慢, ,因而轉(zhuǎn)變速度減慢。

20、因而轉(zhuǎn)變速度減慢。 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線(xiàn)轉(zhuǎn)變終止線(xiàn) A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50;低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2. 2. 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物依等

21、溫溫度不同，大體可分為三個(gè)溫度區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物依等溫溫度不同，大體可分為三個(gè)溫度區(qū)( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變類(lèi)型變類(lèi)型) )：(1)P(1)P型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變：高溫區(qū)（臨界點(diǎn)：高溫區(qū)（臨界點(diǎn)A Ar r1 1550550）、過(guò)冷度）、過(guò)冷度小，小，P P型組織轉(zhuǎn)變區(qū)，型組織轉(zhuǎn)變區(qū)，APAP；擴(kuò)散型相變；擴(kuò)散型相變(2)B(2)B型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變：中溫區(qū)（：中溫區(qū)（550550M MS S），發(fā)生），發(fā)生B B轉(zhuǎn)變的區(qū)轉(zhuǎn)變的區(qū)域，域，ABAB。半擴(kuò)散型相變。半擴(kuò)散型相變 (3)M(3)M型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變：低溫區(qū)（在：低溫區(qū)（在M MS S以下）、過(guò)冷度大，發(fā)生以下）、過(guò)冷度大，發(fā)生M M轉(zhuǎn)變的區(qū)域，轉(zhuǎn)變的區(qū)域，AMAM；非擴(kuò)散

22、型相變；非擴(kuò)散型相變需要指出的是，在中部區(qū)域需要指出的是，在中部區(qū)域P P轉(zhuǎn)變區(qū)和轉(zhuǎn)變區(qū)和B B轉(zhuǎn)變區(qū)可能重轉(zhuǎn)變區(qū)可能重疊，得到疊，得到P P和和B B的混合組織；在下部區(qū)域的混合組織；在下部區(qū)域M M轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變和B B轉(zhuǎn)變可轉(zhuǎn)變可能重疊，得到能重疊，得到M M和和B B的混合組織；的混合組織；（1）高溫轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變- P轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 (Ar1 550) AF+Fe3C:過(guò)冷奧氏體在過(guò)冷奧氏體在 Ar1到到 550間將轉(zhuǎn)間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類(lèi)型組織，它是鐵素體與滲碳體片變?yōu)橹楣怏w類(lèi)型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同根據(jù)片層厚薄不同,又又細(xì)分為細(xì)分為珠

23、光體珠光體、索氏體索氏體和和托氏體托氏體.溫度A相變層片間距 HRC Ar1-650 AP150-450nm20650600 A S80-150nm30600550 AT 30-80nm40珠光體珠光體 ：Pearlite索氏體索氏體 ：Sorbite托氏體托氏體(屈氏體）：屈氏體）：Troostite 珠珠 光光 體體 形形 貌貌 像像光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌形成溫度為形成溫度為Ar1-650，片層較厚，片層較厚，500倍光鏡下可辨倍光鏡下可辨.光鏡形貌電鏡形貌 索索 氏氏 體體 形形 貌貌 像像形成溫度為形成溫度為650-600, 片層較薄，片層較薄，800-1000倍光鏡

24、下可辨倍光鏡下可辨 屈屈 氏氏 體體 形形 貌貌 像像電鏡形貌光鏡形貌形成溫度為形成溫度為600-550，片層極薄，片層極薄，電鏡下可辨電鏡下可辨珠光體、索氏體、屈氏體珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程:珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。滲碳體晶核首先在奧氏體滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長(zhǎng)大過(guò)程中，其兩側(cè)奧

25、氏體的含碳量下降，促晶界上形成，在長(zhǎng)大過(guò)程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長(zhǎng)大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長(zhǎng)大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。 珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能、貝氏體的組織形態(tài)及性能過(guò)冷奧氏體在過(guò)冷奧氏體在550- 230 (Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類(lèi)型組織，間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類(lèi)型組織，貝氏體用符號(hào)貝氏體用符號(hào)B表示表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體貝氏體又分為上貝氏體又分為上貝氏體(B上上)和下貝氏和下貝氏體體(B下下).上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體（2）

26、 中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變( 550230 ) 貝氏體貝氏體: bainiteA B上上(550350 ）羽毛狀）羽毛狀 Fe3C以較粗大片狀分布在較寬的以較粗大片狀分布在較寬的F片之間片之間,易發(fā)生脆斷易發(fā)生脆斷, HRC=45 。 A B下下(350220 ）針狀）針狀 強(qiáng)韌性好強(qiáng)韌性好, Fe3C細(xì)小細(xì)小,均勻分布在過(guò)飽和均勻分布在過(guò)飽和F針內(nèi)針內(nèi) 上貝氏體上貝氏體 形成溫度為形成溫度為550-350。 在光鏡下呈在光鏡下呈羽毛狀羽毛狀. 在電鏡下為在電鏡下為不連續(xù)棒狀不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自?shī)W氏的滲碳體分布于自?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。的

27、鐵素體條之間。光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下下貝氏體下貝氏體 形成溫度為形成溫度為350-Ms。 在光鏡下呈在光鏡下呈竹葉狀。竹葉狀。光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下l在電鏡下為在電鏡下為細(xì)片狀碳化物細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60角。角。 上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)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。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。 上貝氏體上貝氏體貝

28、氏體組織的透射電鏡形貌貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體下貝氏體2、貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程、貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程 貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。長(zhǎng)大的過(guò)程。 發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí),首先首先在奧氏體中的貧碳區(qū)形在奧氏體中的貧碳區(qū)形成鐵素體晶核，其含碳成鐵素體晶核，其含碳量介于奧氏體與平衡鐵量介于奧氏體與平衡鐵素體之間，為素體之間，為過(guò)飽和鐵過(guò)飽和鐵素體。素體。 當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350) 時(shí)，條片狀鐵素體從奧氏體晶時(shí)，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)，隨鐵素體條伸長(zhǎng)和變寬，其碳原子向條界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)，隨鐵素體條伸長(zhǎng)和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，

29、最后在鐵素體條間析出間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消短棒，奧氏體消失，形成失，形成B上上 。上貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程上貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程l當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350- 230) 時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長(zhǎng)成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低晶面上長(zhǎng)成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低,其遷移不能逾越鐵其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。的形式析出。 下貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類(lèi)型 轉(zhuǎn)變溫度 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 符號(hào) 顯微組織特征 硬度HRC 高溫轉(zhuǎn)變Ar1650珠光

30、體P粗片狀鐵素體與滲碳體混合物粗片狀鐵素體與滲碳體混合物2.5%）外，）外，其它合金元素隨其它合金元素隨 Me%，C曲線(xiàn)右曲線(xiàn)右移移 須溶入須溶入 A 中中 TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,Cu,MnCo,Al 外所外所有合金元素有合金元素非碳化物形成元素：只改變非碳化物形成元素：只改變C曲線(xiàn)位置曲線(xiàn)位置 Co,Al,Ni,Cu,Si強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響：等的影響： 改變改變C 曲線(xiàn)位置和形態(tài)曲線(xiàn)位置和形態(tài)T中強(qiáng)碳化物形成中強(qiáng)碳化物形成元素元素Cr 的影響的影響強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響等的影

31、響3.奧氏體晶粒尺寸：奧氏體晶粒尺寸： 晶粒細(xì)小晶粒細(xì)小，P轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)左移，轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)左移，B轉(zhuǎn)變影響較小轉(zhuǎn)變影響較小 T、t，晶粒粗大，成分、組織均勻，晶粒粗大，成分、組織均勻，A 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 右移。右移。4.原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間 在相同的加熱條件下，原始組織越細(xì)，越容易得到均勻的在相同的加熱條件下，原始組織越細(xì)，越容易得到均勻的A，使等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)右移，使等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)右移，Ms降低。降低。 當(dāng)原始組織相同時(shí)，提高當(dāng)原始組織相同時(shí)，提高A化溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將促進(jìn)碳化溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將促進(jìn)碳化物溶解，也會(huì)使化物溶解，也會(huì)使C曲線(xiàn)右移曲線(xiàn)右移5. 塑性變形

32、：塑性變形：無(wú)論高溫和低溫塑性變形，均加速過(guò)冷無(wú)論高溫和低溫塑性變形，均加速過(guò)冷A的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。原因：原因：（1）相變前形變奧氏體處于完全再結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，）相變前形變奧氏體處于完全再結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，其原因是再結(jié)晶細(xì)化了奧氏體晶粒；其原因是再結(jié)晶細(xì)化了奧氏體晶粒；（2）相變前形變奧氏體處于加工硬化狀態(tài)時(shí)，其）相變前形變奧氏體處于加工硬化狀態(tài)時(shí)，其原因是形變促進(jìn)了晶界與晶內(nèi)（如滑移帶、孿晶）原因是形變促進(jìn)了晶界與晶內(nèi)（如滑移帶、孿晶）形核；形核；（3）相變前形變奧氏體中析出大量細(xì)小的形變誘）相變前形變奧氏體中析出大量細(xì)小的形變誘發(fā)碳化物時(shí)，其原因是形變誘發(fā)碳化物促進(jìn)了珠發(fā)碳化物時(shí)，其原因是形變誘發(fā)碳化

33、物促進(jìn)了珠光體的晶內(nèi)形核。光體的晶內(nèi)形核。5.3.2 過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（一（一) 建立共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)建立共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn) - CCT 曲線(xiàn)曲線(xiàn) C - continuousC - coolingT - transformationVk （一）一） 共析碳鋼共析碳鋼 CCT 曲線(xiàn)建立過(guò)程示意圖曲線(xiàn)建立過(guò)程示意圖時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1爐冷爐冷空冷空冷 （一）共析鋼（一）共析鋼CCT圖分析圖分析 共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的基本形式如圖，該圖的縱力學(xué)圖的基

34、本形式如圖，該圖的縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，采用坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。對(duì)數(shù)坐標(biāo)。 1、線(xiàn)、區(qū)的意義、線(xiàn)、區(qū)的意義 線(xiàn)線(xiàn)：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間，A1線(xiàn)，線(xiàn)，MS、Mf線(xiàn)、線(xiàn)、P轉(zhuǎn)變開(kāi)轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)，始線(xiàn)，P轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)，轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)，P轉(zhuǎn)變中止轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)。線(xiàn)。 區(qū)區(qū)：穩(wěn)定穩(wěn)定A區(qū)，過(guò)冷區(qū)，過(guò)冷A區(qū)，過(guò)區(qū)，過(guò)冷冷A連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻P轉(zhuǎn)變區(qū)（轉(zhuǎn)變區(qū)（AP），），M形成區(qū)（形成區(qū)（AM）、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)）、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（P、M）。）。 注意：注意：共析鋼的過(guò)冷奧氏體連共析鋼的過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變一 冷卻速度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響

35、 當(dāng)VVc 時(shí)， A過(guò)M 當(dāng)VVc時(shí)，A過(guò)P 當(dāng)VcVVc時(shí)，A過(guò)M+P實(shí)際中由于CCT曲線(xiàn)測(cè)量難，可用TTT曲線(xiàn)代替CCT曲線(xiàn)作定性分析，判斷獲得M的難易程度。 注意：注意：VC和和VC為臨界冷卻速度，為臨界冷卻速度， 上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度 VC 下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度 VC 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf連續(xù)冷卻過(guò)程中連續(xù)冷卻過(guò)程中 TTT 曲線(xiàn)的分析曲線(xiàn)的分析V1V2VkV3V4V1 = 5.5/s :爐冷爐冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 =

36、 33/s :油冷油冷;T+M+A殘殘V4 138/s :水冷水冷 ; M+A殘殘二、亞(或過(guò))共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖2-8 0.30%C鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)奧氏體化溫度：930；時(shí)間：30min 三三 非共析鋼非共析鋼CCTCCT圖分析圖分析 1. 1. 亞共析鋼亞共析鋼CCTCCT圖圖 亞共析鋼亞共析鋼CCTCCT圖與共析鋼圖與共析鋼CCTCCT圖有很大的差別，亞共析圖有很大的差別，亞共析鋼鋼CCTCCT圖出現(xiàn)了先共析圖出現(xiàn)了先共析F F析出區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。析出區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。向下曲折向下曲折 2. 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼CCT圖圖 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼CCT圖與共析鋼圖與共析鋼CCT圖相似，無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)圖相似，無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，不同的是出現(xiàn)了先共析變區(qū)，不同的是出現(xiàn)了先共析Fe3C析出區(qū)。析出區(qū)。向上曲折向上曲折 共析、過(guò)共析鋼的共析、過(guò)共析鋼的CCT圖上無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)圖上無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)原因：原因：n 由于碳含量較高，使貝氏體相變需要擴(kuò)散更多由于碳含量較高，使貝氏體相變需要擴(kuò)散更多的碳原子，轉(zhuǎn)變速度太慢，