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1、本章主要内容：钢加热时的奥氏体形成过程 钢件在加热时常见的缺陷 钢在冷却时过冷A转变产物 及其性能特点,第六章 钢的热处理原理,第一节 钢在加热时的转变,主要内容：奥氏体化的概念 加热时，奥氏体的形成过程 奥氏体晶粒的大小及控制 钢在加热时的缺陷,奥氏体化：钢件加热到临界点以上，获得奥氏体组织的过程。完全奥氏体化：钢件加热到Ac3或Accm以上，获得单一奥氏体组织的过程。不完全奥氏体化：钢件在Ac1Ac3或Ac1Accm两相区加热，获得（FA)或（AFe3C）的过程。,一、奥氏体化的概念,二、奥氏体的形成（奥氏体化过程）,A晶核的形成：A首先在F与Fe3C相界面形核。原因：相界面处满足形核所需
2、要的浓度起伏、结构起伏和能量起伏。A晶核的长大：A 晶核通过碳原子的扩散，向F 和Fe3C两侧长大，直到F 消失，而Fe3C有剩余。原因：F与A 的含碳量和晶格结构比较接近。残余Fe3C溶解：在随后保温过程中，残余Fe3C溶解，直到完全消失。A 成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位含碳量较高，需保温一定 时间 使奥氏体成分趋于均匀。,共析钢加热时奥氏体的形成（P A）,亚共析钢和过共析钢加热时A的形成,三、奥氏体晶粒的大小及控制,起始晶粒度：无实际意义实际晶粒度：决定室温组织粗细和性能本质晶粒度：描述A晶粒长大的趋势,奥氏体晶粒度 表示 A 晶粒大小的程度,晶粒度评级（冶标）：00，0，1，
3、10共12个等级。其中：3级以下粗晶粒，46级中等晶粒，78级细晶粒，8级以上超细晶粒。,晶粒度级别越高，晶粒越细,强韧性越好。工业中常用的细晶粒是7-8级，晶粒尺寸为0.022mm左右。,奥氏体晶粒大小的控制,为什么要关心奥氏体晶粒大小？,加热温度和保温时间：TA tA A晶粒 TA tAA晶粒,加热速度：VA，但N G，A晶粒（tA 必须短！）,原始组织：原始组织细密，有利于获得细晶粒。,热处理新工艺：“快速加热，短时保温”,对于同一种钢，奥氏体晶粒越细小，室温组织越细，钢的综合力学性能也越好。,1常见的缺陷 氧化：钢件在O2、CO2、H2O等氧化性气氛中加热时，工件表面形成 FeO、Fe
4、2O3、Fe3O4等氧化物。后果：钢件烧损，尺寸变小，表面粗糙，影响后续热处理的质量。脱碳：指钢中的碳被烧损，使钢件表面WC。后果：钢件表面Wc，强度硬度，疲劳强度和耐磨性。过热：指加热温度比正常温度偏高，出现A晶粒粗大的现象。后果：钢件强度、塑韧性，热处理后变形加大。可重新奥氏体化 细化晶粒来补救。过烧：指 T加，A 晶界局部或全部氧化甚至熔化的现象。后果：工件变脆，一锻即裂，无法挽救，只能报废，。2防止措施在真空中加热：防止氧化脱碳的最有效措施，成本较高。可控气氛加热：炉内充入一定保护性气氛。行之有效，发展方向之一。盐浴加热：将工件置于一中性熔融盐浴炉中加热，保证少氧化或无氧化。缺点：粘在
5、工件上的盐难以清洗，操作中盐液遇水易炸，不太安全。涂防氧化抗脱碳涂料：在实验室或小型工件。,四、钢加热时常见的缺陷及防止措施,过热组织,过烧组织,脱碳层的测量,氧化、脱碳,第二节 钢在冷却时的转变,知识要点：过冷奥氏体等温转变产物及其性能；影响C曲线的因素；应用等温转变图判断钢冷却至室温的组织。,过冷奥氏体的等温转变曲线过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体的连续冷却转变,主要内容：,两种冷却方式示意图1等温冷却，2连续冷却,过冷奥氏体：处于临界点A 1以下尚未发生组织转变的不稳定奥氏体。过冷奥氏体冷却转变方式：过冷奥氏体转变曲线：描述转变产物与温度、时间之间的关系。,一、基本概念,冷却
6、转变的重要性：冷却是最后一道也是最重要一道工序。冷却速度不同，工件热处理后的组织和性能不同，如表所示：,建立“材料成份加工工艺组织结构性能”四者相互依存关系,不同方式冷却后的组织：退火珠光体+铁素体；淬火低温回火回火马氏体 正火索氏体+铁素体；淬火高温回火回火索氏体,二、过冷奥氏体等温转变曲线,过冷奥氏体等温转变曲线的建立（TTT曲线）步骤（以金相硬度法为例）：见教材7374页,稳定的A区,过冷A区,过冷A+产 物 区,转变产物区,共析钢过冷A等温转变曲线（TTT）分析,三、过冷奥氏体转变产物的组织形态和性能,珠光体型转变 贝氏体型转变 马氏体型转变,随过冷度不同，过冷A将发生三种类型的组织转
7、变，并形成不同形态的组织：,下面以共析钢为例说明：,珠光体转变(高温区),转变温度：A1 550转变特征：扩散型转变，C、Fe原子扩散转变过程：过冷A P,转变产物：珠光体（P），呈层片状，是 F 和 Fe3C 的机械混合物。,根据片层厚薄不同，珠光体又细分为三种:珠光体(P)、索氏体(S)、屈氏体(T)，见表。,过冷AP,P、S、T比较片间距(S0)：P S T力学性能：T S P,贝氏体转变(中温区),转变温度：550 230(Ms)转变特点：半扩散型转变（C扩散，Fe不扩散）转变过程：过冷A B，分步进行,转变产物：贝氏体（B），是 F 和 Fe3C的 机械混合物。有两种组织形态：,过冷
8、AB,马氏体转变(低温区),转变温度：Ms Mf(23050)转变过程：非扩散型，C、Fe原子都 不扩散，过冷A M,转变产物：马氏体(M)，是碳固溶于-Fe 中所形成的过饱和固溶体。晶体结构：体心正方晶格（a=b c）,M组织形态和性能特点,针状(片状)M：针片状或竹叶状，强度和硬度高，塑性差。硬而脆,M的形态与含碳量有关,板条状M：板条状，一束束细条，具有良好综合力学性能。强韧性好,马氏体的硬度,高硬度是M性能的主要特点。M的硬度取决于其含碳量:C%,HRC；0.6C时，HRC增加平缓。合金元素对M硬度影响不大。,马氏体转变的主要特点,降温中形成：在MsMf 降温中形成，冷却中断，转变停止
9、。随 TM%。高速转变，体积膨胀：引起 M的显微裂纹和组织应力。转变不彻底：不能获得100%M，总有过冷A残留，称为残余A（A 或A残或Ar）,四、影响TTT曲线（C 曲线）的因素,1.含碳量的影响 形状：亚共析钢，C曲线上多出一条 AF转变线。过共析钢，C曲线上多出一条 AFe3C转变线。位置：共析钢，过冷A最稳定，C曲线最靠右；亚共析钢，Wc，过冷A稳定性，C曲线向右移；过共析钢，Wc，过冷A稳定性，C曲线左移。三者相比，淬火时，共析钢最易获得马氏体组织，易淬火。对Ms 和Mf 的影响：Wc，Ms Mf，A残(p79),四、影响TTT曲线（C 曲线）的因素（续）,2.合金元素的影响 除Co
10、 外，凡溶入奥氏体中的所有合金元素，都使C曲线右移。除Co 和Al 外，所有合金元素都使 Ms 与 Mf 点下降。,3.奥氏体化条件的影响 TA，tA，A 成分均匀性，晶粒，未溶碳化物，过冷A稳定性，使C 曲线右移。,五、过冷奥氏体连续冷却转变是用过冷A 连续冷却转变图来描述的，又称CCT 曲线；是通过测定不同冷却速度下，过冷A 的转变量获得的。,淬火临界冷却速度Vk：获得全部 M 时的最小冷却速度。,CCT曲线分析(以共析钢为例),由三条线组成 Ps 线：过冷 A P 的开始线；Pf 线：过冷 A P 的终了线；K 线：过冷AP转变中止线，余下的过冷 A到Ms以下进行。,共析钢CCT曲线与T
11、TT曲线的比较,CCT曲线位于TTT曲线右下方。共析钢的CCT曲线没有B转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。当冷却速度线碰到转变中止线时，P 转变停止，余下的过冷A一直保持到Ms以下转变为马氏体。可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。,TTT曲线中的Vc与Vk 相当，但Vc Vk。V K：获得全部 P 时的最小冷却速度。,CCT曲线的应用,1用TTT曲线来估计连续冷却转变得到的组织 以共析钢为例说明，方法是:将连续冷却速度线画在钢的C曲线上，分析冷却速度线与C曲线相交点的位置，来判断得到的室温组织。v1:700650,随炉冷,P,170220HBS v2:650600,空冷
12、,S,2535HRC v3:油冷,TMAr,4555HRC v4:水冷,MAr,5565HRC 2在正确选材和制定热处理工艺方面正确制定淬火的冷却制度，选择淬火剂；制定分级淬火规范和等温淬火制度；制定经济合理的退火工艺，如等温退火时等温时间的确定；分析淬火转变产物的类型，并估计其性能。,用过冷A等温转变曲线,分析钢的连续冷却过程,v=v1：炉冷，a1 开始点，b1 终了点，转变在一温度区间T1内进行 转变产物 Pv=v2：空冷，a2 开始点，b2 终了点，转变温度降低、转变区间变大，转变产物 Sv=v3：油冷，a3开始点，a3 无意义，转变分段进行，转变产物T+M+A残v=v4：水冷，A在Ms 以前不分解，转变产物 M+A残,a3,VC：淬火临界冷却速度（M临界冷却速度）获得 100%M 的最小冷却速度；但是,VC Vk,共析钢,共析钢过冷奥氏体转变产物,认识钢的CCT曲线,1.某钢的连续冷却转变曲线如图1所示，指出该钢按图中(a)、(b)、(c)、(d)速度冷却后得到的室温组织。2.某钢的等温转变曲线如图2，说明该钢快速冷却到，并在300 经不同时间等温后，按（a）、(b)、(c)线冷却后得到的组织。3.某钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图3所示，指出图中各点处的组织,第 六 章 作 业,
