熱處理原理（2）

1、第五章 鋼的熱處理第三節(jié) 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（一）共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（二）共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析（三）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能（四）亞共析鋼與過共析碳鋼的過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（一）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線簡介（二）等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用（三）馬氏體轉(zhuǎn)變第五章 鋼的熱處理 鋼件加熱、保溫后，采用不同的方式進(jìn)行冷卻，將獲得不同組織和的性能，即鋼熱處理后的組織和性能主要是由冷卻過程決定的。 在熱處理工藝中，常采用等溫冷卻和連續(xù)冷卻兩種冷卻方式。其工藝曲線如圖5-4所示。第五章 鋼的熱處理 a）等溫冷卻

2、b）連續(xù)冷卻 圖5-5 兩種冷卻方式示意圖第五章 鋼的熱處理 奧氏體在臨界點(diǎn)A以上是穩(wěn)定相，在臨界點(diǎn)A以下是不穩(wěn)定相，有發(fā)生轉(zhuǎn)變的傾向，但并不是冷卻到A溫度以下就立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，而需經(jīng)過一定時間后才開始轉(zhuǎn)變。這種在A以下暫時存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過冷奧氏體。 過冷奧氏體在不同溫度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，將獲得不同的組織和性能。而奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線反映了過冷奧氏體在等溫冷卻時組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律。第五章 鋼的熱處理 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是用實驗方法建立的。下面以共析鋼為例來說明等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立。 把含碳量為0.77的共析鋼制成若干個一定尺寸的試樣，加熱到Ac1以上某溫度，使其組織成為均勻的奧氏體。

3、然后，分別迅速地放入低于A1的不同溫度（例如710，450，350）的熔鹽槽中，迫使奧氏體過冷，并發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變。測出過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始和終了的時間，把它們記在時間-溫度坐標(biāo)圖上，然后分別連接各轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)，便得到圖5-5所示的曲線圖。由于其形狀類似“”，故亦稱為曲線。第五章 鋼的熱處理 圖5-6 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線建立方法第五章 鋼的熱處理 圖5-7中左邊的曲線是由過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)相連而成的，稱為轉(zhuǎn)變開始線，在轉(zhuǎn)變開始錢左方是過冷奧氏體區(qū)；圖中右邊的曲線是由過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)相連而成的，稱為轉(zhuǎn)變終了線，在轉(zhuǎn)變或了線右方是轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。在轉(zhuǎn)變開始線和

4、轉(zhuǎn)變終了線之間是過渡區(qū)（過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)），轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行中。第五章 鋼的熱處理 圖5-7中的下方有兩條水平線，Ms是過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度，稱為上馬氏體點(diǎn)，約230；Mf是過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的終止溫度，稱為下馬氏體點(diǎn)，約-50。Ms與Mf之間是馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，即馬氏體與過冷奧氏體的共存區(qū)。 第五章 鋼的熱處理 圖5-7 共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線第五章 鋼的熱處理 共析碳鋼的過冷奧氏體在三個不同的溫度區(qū)間，可發(fā)生三種不同的轉(zhuǎn)變：珠光體型轉(zhuǎn)變、貝氏體型轉(zhuǎn)變和馬氏體型轉(zhuǎn)變。第五章 鋼的熱處理 1珠光體型轉(zhuǎn)變 在A1至C曲線鼻部（約550）的溫度范圍內(nèi)，由于溫度較高，碳原子

5、都能充分?jǐn)U散，所以奧氏體等溫分解為鐵素體與滲碳體的片層狀混合物珠光體組織，即奧氏體發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變。第五章 鋼的熱處理 2貝氏體型轉(zhuǎn)變 在C曲線鼻尖至Ms點(diǎn)（約550230）的溫度范圍內(nèi)，過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與珠光體型組織明顯不同。因轉(zhuǎn)變溫度較低，奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變時只有碳原子擴(kuò)散而無鐵原子擴(kuò)散，所以奧氏作轉(zhuǎn)變成含過他和碳的鐵事體和極細(xì)小的滲碳體（或碳化物）的混合物，稱為貝氏體，用符號“B”表示。根據(jù)等混轉(zhuǎn)變溫度和產(chǎn)物的組織形態(tài)不同，貝氏體又分為以下兩種：第五章 鋼的熱處理 （1）上貝氏體。過冷奧氏體在550350溫度范圍內(nèi)等溫轉(zhuǎn)變形成的貝氏體稱為上貝氏體，用“B上”表示。在顯微鏡下呈羽毛狀形態(tài)

6、，其中碳過飽和量不大的鐵素體呈條狀平行排列，而細(xì)小粒狀或桿狀的滲碳體不均勻地分布在條狀鐵索體之間，如圖58所示。第五章 鋼的熱處理 a) 顯微組織(羽毛狀)(600） b）形成示意圖 圖5-8 上貝氏體（B上）第五章 鋼的熱處理 （2）下貝氏體。過冷奧氏體在350Ms點(diǎn)溫度范圍內(nèi)等溫轉(zhuǎn)變形成的貝氏體稱為下貝氏體，用“B下”表示。在顯微鏡下，下貝氏體呈黑色針片狀形態(tài)，其中含過飽和碳的鐵素作呈外片狀，微細(xì)的碳化物（Fe2、4C）均勻而有方向地分布在外片狀鐵素體的內(nèi)部，如圖5-9所示。第五章 鋼的熱處理 a）顯微組織（黑色針狀）（600） b）形成示意圖 圖5-9 下貝氏體（B下）第五章 鋼的熱處理

7、 3馬氏體型轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體在Ms溫度以下將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變是在極快的連續(xù)冷卻過程中發(fā)生的。第五章 鋼的熱處理 亞共析碳鋼、過共析碳鋼的C曲線如圖510所示。 圖5-10 亞共析、過共析碳鋼的C曲線第五章 鋼的熱處理 在實際熱處理生產(chǎn)中，鋼經(jīng)奧氏體化后，其轉(zhuǎn)變大多是在連續(xù)冷卻條件下進(jìn)行的。共析鋼的連續(xù)冷卻C曲線如圖511所示。第五章 鋼的熱處理 圖5-11 共析鋼的連續(xù)冷卻C曲線第五章 鋼的熱處理 由于過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測定比較困難，而且有些鋼種連續(xù)冷卻曲線至今尚未被測出，所以目前生產(chǎn)中常利用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線來定性地分析奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變情況，近似地估計轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與性能，如圖512所示。第五章 鋼的熱處理圖5-12 在共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線上估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物第五章 鋼的熱處理 過冷奧氏體在Ms至Mf之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。由于轉(zhuǎn)變溫度低，只有-Fe向-Fe 晶格的改組，碳原子已不能進(jìn)行擴(kuò)散，故奧氏體中的碳被迫全部過量地溶解在-F