《钢在加热及冷却时的组织转变课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢在加热及冷却时的组织转变课件.ppt（36页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,4,2,钢在加热及冷却时的组织转变,一、钢在加热时的组织转变,二、钢在冷却时的组织转变,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,在加热时钢的转变温,度要高于平衡状态下的临,界点；在冷却时要低于平,衡状态下的临界点。,加热时的各临界点：,A,c1,、,A,c3,和,A,ccm,冷却时的各临界点：,A,r1,、,A,r3,和,A,rcm,加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在,A,1,以下加热，不发生相变；另一种是,在临界点以上加热，,目的是获得均匀的奥氏体组织，,称奥氏体化。,Fe,，,C,原子扩散和晶格改变的过程,1).,奥氏体晶核的形成,2).,奥氏体晶核的长大,
2、3).,残余渗碳体的溶解,4).,奥氏体成分的均匀化,2,、奥氏体的形成,一、钢在加热时的组织转变,（一）共析碳钢,A,形成过程示意图,A,形核,A,长大,1),奥氏体的形核,优先在铁素体和渗碳体的,相界面上形成。,2),奥氏体晶核的长大,在奥氏体中出现碳的浓度梯度，并,引起碳在奥氏体中不断地由高浓度,向低浓度的扩散。为了,维持原界面,碳浓度平衡，奥氏体晶粒不断向铁,素体和渗碳体两边长大，直至，铁,素体全部转变为奥氏体,。,一、钢在加热时的组织转变,（一）共析碳钢,A,形成过程示意图,残余,Fe3C,溶解,A,均匀化,3),残留渗碳体的溶解,铁素体先于渗碳体消失。因此,，奥氏体形成后，仍有未溶
3、解,的渗碳体存在，随着保温时间,的延长，未溶渗碳体将继续溶,解，直至全部消失。,4),奥氏体成分均匀化,延长保温时间，让碳原子,充分扩散，才能使奥氏体,的含碳量处处均匀。,一、钢在加热时的组织转变,共析钢奥氏体化过程,一、钢在加热时的组织转变,（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程,亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是,有先共析相。,其奥氏体的形成过程是,先完成珠光体向奥氏体的转变,，,然后再进行,先共析相的溶解,。这个PA的转变过程同,共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。,对于,亚共析钢,，平衡组织,F+P,，当加热到,A,C1,以上温度时，,PA，在,A,C1,A,C3,的升温过程中，先共
4、析的,F,逐渐溶入,A,，,对于过,共析钢,，平衡组织是,Fe,3,C,+P,，当加热到,A,C1,以上,时，PA，在,A,C1,A,CCM,的升温过程中，二次渗碳体逐步,溶入奥氏体中。,一、钢在加热时的组织转变,（三）影响奥氏体转变的因素,?,1.,加热温度和加热速度的影响,2.,化学成分的影响,3.,原始组织的影响,提高加热,T,，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,（,Ac1,越高），形成所需的时间缩短。,随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界,面总量增多，有利于奥氏体的形成。,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
5、,成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。,第一节,钢在加热和冷却时的组织转变,3,、奥氏体晶粒长大及其控制措施,?,钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时，奥氏体晶,粒是比较细小的。如果继续加热或保温，奥氏体晶粒,会变粗大，影响热处理后钢的强度、塑性、韧性较低。,因此，加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效,果和钢的性能有重要的意义。,?,控制奥氏体晶粒长大措施：,1,）合理选择加热温度和保温时间,2,）采用快速加热和短时间保温,3,）加入一定量合金元素（除锰、磷外）,二、钢在冷却时的组织转变,?,钢经加热奥氏体化后，可以采用不同方,式冷却，获得所需要的组织和性能。,?,成分相同的钢，
6、奥氏体化后，采用不同,方式冷却，将获得不同的力学性能，见,下表。,?,实际生产中，必须过冷到,A1,温度以下才开始,转变。,?,在相变温度,A1,以下还没有发生转变而处于不稳,定状态的奥氏体称过冷奥氏体。,过冷奥氏体有等,温转变和连续冷却,转变两种冷却转变,方式（,见右图,）。,1,奥氏体的等温转变,奥氏体在,A,1,线以上是稳定相，当冷却到,A,1,线以下而又,尚未转变的奥氏体称为,过冷奥氏体,。这是一种不稳定的过,冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转,变为稳定的新相。这种转变就称为,奥氏体的等温转变,。,表示过冷奥氏体的等温转变温度、转变时间与转变产,物之间的关系曲线称为,等
7、温转变曲线图,。,建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转,变曲线,-,TTT,曲线,(C,曲线,),T,-,t,ime,T,-,t,emperature,T,-,t,ransformation,以共析钢为例，介绍等温转变曲线及转变产物。,共析碳钢,C,曲线建立过程示意图,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(,),0,400,A,1,等温转变曲线图的解说,?,A1,线以上是奥氏体稳定区；,A1,线以下，转变开始线的,左边为过冷奥氏体区，转变终了线的右边是转变产物,区，转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产
8、,物共存区。,?,转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期。在,C,曲,线拐弯的“鼻尖处”（约550），孕育期最短，过冷,奥氏体最不稳定。,?,水平线,MS,为马氏体转变开始线（约230），,水平线,Mf,为马氏体转变终了线（约50）。,A：残余奥氏体，即淬火冷却到室温后残留的奥氏体。,共析碳钢,C,曲线的分析,稳定的奥氏体区,过,冷,奥,氏,体,区,A,向产,物转变开始线,A,向产物,转变终止线,A,+,产,物,区,产,物,区,A1,550,;,高温转变区,;,扩散型转变,;P,转变区。,550,230,;,中温转变,区,;,半扩散型转变,;,贝氏体,(B),转变区,;,230,-,50,;,
9、低温转,变区,;,非扩散型转变,;,马氏体,(M),转变区。,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(,),0,400,A1,Ms,Mf,1,）、珠光体型转变,高温转变（,A1,550）,共析碳钢三种珠光体型组织,组织名称,符号,转变温度,/,相组成,转变,类型,特征,HRC,b,/MPa,珠,光,体,型,珠光体,P,A,1,650,F+Fe,3,C,扩散,型,（铁,原子,和碳,原子,都扩,散）,片层间距,0.6,0.8 m,，,500,分清,25,1 000,索氏体,S,650,600,片层间距,0.
10、25,0.4,m，,1 000,分清，细珠,光体,25,35,1 200,托氏体,T,600,550,片层间距,0.1,0.2 m,，,2 000,分清，极细珠光,体,35,40,1 400,?,珠光体形貌,?,形成温度为,A,1,650,，片层较厚，,500,倍光,镜下可辨，用符号,P,表示,.,光镜下形貌,电镜下形貌,三维珠光体如同放在水中的包心菜,第一节,钢在加热和冷却时的组织转变,（,2,）索氏体形貌像,形成温度为,650-,600,片层较薄，,800-1000,倍光镜下可,辨，用符号,S,表示。,电镜形貌,光镜形貌,（,3,）托,氏,体,形,貌,像,?,形成温度为,600-,550,
11、，片层极薄，电镜下可辨，用,符号,T,表示。,电镜形貌,光镜形貌,2,）贝氏体型转变,-,中温等温转变,(550,230):,（,1,）,550,350:B,上,;40,45HRC;,脆性大，几乎无价值。,B,上,=,过饱和碳,-Fe,条状,+Fe,3,C,细条状,过饱和碳,-Fe,条状,羽毛状,?,在光镜下呈,羽毛状,.,?,在电镜下为,不连续棒状的渗碳体分布于自奥,氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。,光镜下,电镜下,上贝氏体形貌,2,）贝氏体型转变,-,中温等温转变,(550,230):,（,2,）,350,230:B,下,;45,55HRC;,良好综合力学性能，生产中常等,温淬火获得
12、。,B,下,=,过饱和碳,-Fe,针叶状,+Fe,3,C,细片状,过饱和碳,-Fe,针叶状,Fe,3,C,细片状,针叶状,下贝氏体形貌,?,在光镜下呈,竹叶状。,?,在电镜下为,细片状碳,化物分布于铁素体针,内，并与铁素体针长,轴方向呈,55-60,o,角。,光镜下,电镜下,?,上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。,?,下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良,好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。,上贝氏体,贝氏体组织的透射电镜形貌,下贝氏体,共析碳钢两种贝氏体型组织,组织名,称,符,号,转变,温度,/,相组成,转变,类型,特征,HRC,贝,氏,体,型,上,贝,氏,
13、体,B,上,550,350,F,过饱和,+,Fe,3,C,半扩,散型,（铁原,子不扩,散，碳,原子扩,散）,羽毛状：平行密排的过饱和,F,板条间，不均匀分布短杆状，使,条间容易脆性断裂，工业上不应,用,40,45,下,贝,氏,体,B,下,350,230,F,过饱和,+,-,Fe,2.4,C,针状：在过饱和,F,针内均匀分,布（与针轴成,55,o,65,o,）排列小,薄片,碳化物。具有较高的强度,、硬度、塑性和韧性,45,55,第一节,钢在加热和冷却时的组织转变,3,）马氏体型转变,-,低温连续转变,(230,-,50):,?,（,1),定义,:,马氏体是一种碳在,Fe,中的过饱和固溶,体,?,
14、（,2),马氏体的晶体结构,:,由于碳的过饱和作用,使,Fe,晶格由体心立方变成体心正方晶格。,?,（,3),马氏体转变特点：,?,在一定温度范围内（,M,s,M,f,）连续冷却完成,;,?,转变速度极快，产生很大的内应,;,转变时体积发生膨,胀,?,转变不彻底，有残余的奥氏体；,?,组织不稳定,?,有临界冷却速度,V,临。,?,（,4,）马氏体的特点：,马氏体的形态有针状和板条状两,种，针状马氏体含碳量高，硬度高脆性,大；板条状马氏体含碳量低，具有良好,的强度和较好的韧性。马氏体的硬度主,要取决于马氏体的含碳量。马氏体的含,碳量越高，其硬度也越高。,3,）马氏体型转变区低温连续转变,当钢从奥
15、氏体区急冷到,M,S,以下时，奥氏体便开始转变,为马氏体。由于转变温度低，原子扩散能力小，在马氏体,转变过程中，只有,Fe,向,Fe,的晶格改变，而不发生碳,原子的扩散。因此，溶解在奥氏体中的碳，转变后原封不,动地保留在铁的晶格中，形成碳在,Fe,中的过饱和固溶体，,称为马氏体，用符号,M,表示。,低碳马氏体,低碳马氏体其形状为,一束一束相互平行的细条,状，故也称板条状马氏体,高碳马氏体,高碳马氏体其断面,呈针叶状，故也称针状,马氏体,总结,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,转变,类型,转变产,物,形成温度，,转变,机制,显微组织特征,HRC,获得,工艺,珠,光,体,P,A,1,650,扩,散,型
16、,粗片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,25,退火,S,650,600,细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,25-35,正火,T,600,550,极细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,35-40,等温,处理,贝,氏,体,B,上,550,350,半扩,散型,羽毛状，短棒状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,条之间,40-45,等温,处理,B,下,350,M,S,竹叶状，细片状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,针上,45-55,等温,淬火,马,氏,体,M,针,M,S,M,f,无扩,散型,针状,60-65,淬火,M,板条,M,S,M,f,板条状,50,淬火,2,奥氏体的连续冷却转变,?
17、,1,、在等温转变图上估计连续冷却转变产,物,?,2,、确定马氏体临界冷却速度,提示：,v1,、,v2,、,v3,、,v4,这四种冷却速度，,相当于热处理中常用的随炉冷却（退火）,、空冷（正火）、油冷（油冷淬火）和水,冷（水冷淬火）四种冷却方法。,V,k,共析碳钢,CCT,曲线建立过程示意图,时间,温,度,A,1,P,f,P,s,A+P,K,Ms,M,f,水冷,油冷,V,k,炉冷,空冷,图就是应用共析碳钢等温转变曲线分析过冷奥氏体在连续冷却时的转变情况。,（,1,）图中,冷却速度,v,1,相当于随炉冷却的速度，根据,v,1,与,C,曲线相交的位置，过,冷奥氏体将转变为,珠光体,(P),；（,2
18、,）,冷却速度,v,2,相当于空气中冷却的速度，根,据,v,2,与,C,曲线相交的位置，过冷奥氏体将转变为,索氏体,(S),；（,3,）,冷却速度,v,3,相,当于淬火时的冷却速度，有一部分过冷奥氏体转变为托氏体,(T),，剩余的过冷,奥氏体冷却到,Ms,开始转变成马氏体,(M),，最终,获得,托氏体马氏体残余奥氏体,的混合组织；,（,4,）,冷却速度,v,4,相当于在水中冷却,时的冷却速度，它不与,C,曲线相交，,一直过冷到,Ms,点以下开始转变为马,氏体,(M),，得到,马氏体和残余奥氏体,的混合组织。冷却速度,v,k,与,C,曲线鼻,尖相切，为该钢的临界冷却速度。,1,、同一成分的钢的,CCT,曲,线位于,C,曲线右下方。要,获得同样的组织，连续,冷却转变比等温转变的,温度要低些，孕育期要,长些。,2,、连续冷却时，转变时在,一个温度范围内进行的,，转变产物的类型可能,不只一种，有时是几种,类型组织的混合。,3,、连续冷却转变时，共析,钢不发生贝氏体转变。,共析碳钢,TTT,曲线与,CCT,曲线的比较,连续冷却转变的产物和性能,冷却速度,V1,V2,V3,V4,冷却方式,随炉冷却,空气中冷却,油中冷却,水中冷却,转变产物,P,S,M+T,M+,残余,A,硬度（,HRC,）,25,2535,4555,5565,
