第3章-3鐵碳合金中的相和組織

1、2. 鋼的淬透性鋼的淬透性 (1)淬透性的概念淬透性的概念 鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)能獲得淬硬層深度的能力，它是鋼材本身固有的屬性。 淬火時(shí)，工件截面上各處冷卻速度是不同的。其表面冷卻速度最大，大于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，淬火后獲得馬氏體組織。愈到中心冷卻速度愈小。在距表面某一深處的冷卻速度開(kāi)始小于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，則淬火后將有非馬氏體組織出現(xiàn)，這時(shí)工件末被淬透。 (2)淬透性對(duì)力學(xué)性能的影響淬透性對(duì)力學(xué)性能的影響 淬透性好的鋼，其力學(xué)性能沿截面是基本相同的；而淬透性差的鋼，其力學(xué)性能沿截面是不同的，愈靠近心部的力學(xué)性能愈低，特別是韌性值更為明顯。(3)淬透性的測(cè)定與表示方法淬透性的

2、測(cè)定與表示方法 淬透性的測(cè)定方法很多，按GB22563規(guī)定，結(jié)構(gòu)鋼末端淬透性試驗(yàn)(端淬試驗(yàn))法是最常用的方法。用來(lái)測(cè)量淬透層的厚度。 臨界直徑是一種直觀衡量淬透性的方法。臨界直徑是鋼在某種淬火冷卻介質(zhì)中冷卻后，心都能得到半馬氏體組織（50%）的最大直徑，用Do表示。 頂端淬火法臨界淬透直徑油淬油淬水淬水淬牌號(hào)Domm牌號(hào)Domm淬水淬油淬水淬油451316.559.535CrMo3642202860111761260Si2Mn55623246T101015850CrVA5562324065Mn2530172538CrMoAl1008020Cr121961220CrMoTi2235152440C

3、r3038192830CrMnSi4050324035SiMn4046253440MnB50552840鋼的淬透性的應(yīng)用鋼的淬透性是機(jī)械設(shè)計(jì)中選材時(shí)應(yīng)予考慮的重要因鋼的淬透性是機(jī)械設(shè)計(jì)中選材時(shí)應(yīng)予考慮的重要因素之一。素之一。 大截面零件、承受動(dòng)載的重要零件、承受拉力和大截面零件、承受動(dòng)載的重要零件、承受拉力和壓力的許多重要零件（螺栓、拉桿、鍛模、錘桿壓力的許多重要零件（螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等），要求表面和心部力學(xué)性能一致，應(yīng)選擇淬等），要求表面和心部力學(xué)性能一致，應(yīng)選擇淬透性高的材料；透性高的材料； 心部力學(xué)性能對(duì)使用壽命無(wú)明顯影響的零件（承心部力學(xué)性能對(duì)使用壽命無(wú)明顯影響的零件（承受彎曲或

4、扭轉(zhuǎn)的軸類(lèi)），可選用淬透性低的鋼，受彎曲或扭轉(zhuǎn)的軸類(lèi)），可選用淬透性低的鋼，獲得獲得1/21/4淬硬層深度即可；淬硬層深度即可； 焊接件、承受強(qiáng)力沖擊和復(fù)雜應(yīng)力的冷鐓凸模等，焊接件、承受強(qiáng)力沖擊和復(fù)雜應(yīng)力的冷鐓凸模等，不能或不宜選擇淬透性大的材料。不能或不宜選擇淬透性大的材料。馬氏體在回火過(guò)程中的轉(zhuǎn)變 馬氏體是不穩(wěn)定組織，加熱后會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。淬火得到馬氏體后再次加熱的過(guò)程叫做回火。 回火過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變包括馬氏體分解，碳化物的析出、轉(zhuǎn)化、聚集和長(zhǎng)大，鐵素體回復(fù)和再結(jié)晶，殘留奧氏體分解等四類(lèi)反應(yīng)。四類(lèi)反應(yīng)隨溫度升高逐步發(fā)展，交疊進(jìn)行。1. 低溫回火：馬氏體開(kāi)始分解，析出碳化物，馬氏體的畸變減小。 2

5、. 中溫回火：殘余奧氏體分解， 馬氏體分解完成，馬氏體的畸變消失，形成細(xì)小滲碳體 。 3. 高溫回火：滲碳體球化和長(zhǎng)大，鐵素體回復(fù)和再結(jié)晶。 性能變化 隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強(qiáng)度b下降；屈服強(qiáng)度0.2 先稍升高而后降低； 斷面收縮率和伸長(zhǎng)率不斷改善； 韌性總的趨勢(shì)是上升，但在300400之間和500550之間出現(xiàn)兩個(gè)極小值，相應(yīng)地被稱(chēng)為低溫回火脆性與高溫回火脆性。 35鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系鐵碳合金中的相和組織鐵碳合金的基本(平衡)相鐵碳合金的基本（平衡）組織鐵碳合金的非平衡組織鐵碳合金的基本(平衡)相 鐵素體（F） 滲碳體（Fe3C） 奧氏體（A）鐵素體（

6、F） 碳溶在鐵中形成的固溶體 特點(diǎn)： 在727有最大溶解度， 為0.0218%C； 強(qiáng)度和硬度低，韌性塑性好。其力學(xué)性能大致為； -Fe中的固溶體，用“F”表示。1.82.5MJ/m2ak5080HBSHB3050%100170MN/m20.27080%180280MN/m2bFe3C滲碳體 滲碳體是由鐵和碳組成的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，含碳量為6.69%，用“Fe3C” (Cementite)表示。 滲碳體的性能特點(diǎn)硬度高，脆性大。 硬度 HB=800kgf/mm2; 抗拉強(qiáng)度 b30MN/m2; 塑性、韌性幾乎為零。奧氏體（A） 是碳溶解在-Fe中形成的固溶體 特點(diǎn)： 在1148時(shí)有

7、最大溶解度2.11%C，727時(shí)可固溶 0.77%C； 其力學(xué)性能與含碳量及晶粒大小有關(guān)，一般170220HBS、=4050%； 形變能力好，形變抗力小。萊氏體（Ld）：共晶產(chǎn)物L(fēng) （A + Fe3C ） 成分：4.3%C低溫萊氏體（L?d）（P+ Fe3C ） 鐵碳合金的基本（平衡）組織（由基本相組成）珠光體（P） 共析產(chǎn)物， 727進(jìn)行，A （F+Fe3C） 成分：0.77%C 綜合性能好共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖3-6 共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線0400600700200B下B上TSPMM+A殘A過(guò)冷A1500300Ms (240 )Mf (-55)110102103104105106T

8、 (s)高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變鐵碳合金的非平衡相和組織1. 奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變：珠光體、索氏體、屈氏體中溫轉(zhuǎn)變：上貝氏體、下貝氏體低溫轉(zhuǎn)變：馬氏體2. 馬氏體回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物低溫轉(zhuǎn)變：回火馬氏體中溫轉(zhuǎn)變：回火屈氏體高溫轉(zhuǎn)變：回火索氏體 在650600之間轉(zhuǎn)變而得到的組織為索氏體，又叫細(xì)珠光體；在600550之間轉(zhuǎn)變而得到的為屈氏體，又叫極細(xì)珠光體。 珠光體類(lèi)型的組織越細(xì)密，其強(qiáng)度硬度越高。電鏡形貌b.中溫轉(zhuǎn)變 上貝氏體：過(guò)飽和的鐵素體平行排列，之間夾著滲碳體。 上貝氏體韌性很差，基本上無(wú)實(shí)用價(jià)值。下貝氏體 下貝氏體：過(guò)飽和鐵素體內(nèi)部排列著細(xì)小的滲碳體。 有較高的硬度和強(qiáng)度，韌性也較好。 馬氏體 碳溶于體心立方的鐵中形成的過(guò)飽和固溶體。 馬氏體有兩種形態(tài)。含碳量較高的馬氏體組織呈針葉狀，叫針葉馬氏體。含碳量較低的馬氏體組織為板條狀，叫板條馬氏體。組織含碳量%機(jī) 械 性 能HRCb(Mpa)akJ/cm2(%)低碳0.240451500602030高碳1.260655005241. 回火馬氏體：馬氏體析出碳化物，碳的溶解度減小，晶格畸變減小。 保持高硬度，內(nèi)應(yīng)力下降，韌性提高。2. 回火屈氏體：碳析出形成細(xì)小滲碳體，馬氏體的畸變消失（形成鐵素體）。 硬度下降，塑性韌性提高。3. 回火索氏體：滲碳體球化和長(zhǎng)大，鐵素體回復(fù)和再結(jié)晶。綜合性能好。 鐵碳合金的基本(平衡