第三章1鋼的熱處理——加熱和冷卻的組織變化

1、Click to edit Master title styleClick to edit Master text stylesSecond levelThird levelFourth levelFifth level*單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級* 第3章 鋼的熱處理3.1 鋼在加熱時的組織轉變3.2 鋼在冷卻時的組織轉變3.3 鋼的普通熱處理3.4 鋼的表面熱處理1熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，保溫一段時間，然后以預定的方式冷卻到室溫，來改變其內部組織結構，以獲得所需性能的一種熱加工工藝。特點：改變鋼的內部組織，而不改變其形狀和尺寸。

2、分類：普通熱處理（退火、正 火、淬火、回火）； 表面熱處理（表面淬火、化學熱處理）； 其他熱處理加熱冷卻保溫過程：23.1 鋼在加熱時的組織轉變3A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm兩種加熱：1.臨界溫度線以下的加熱；2.臨界線以上的加熱。43.1.1 奧氏體化過程：奧氏體晶核長大奧氏體晶核形成殘余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化5 加熱時由鐵素體+滲碳體轉變?yōu)閵W氏體的過程。 涉及晶格改組和Fe、C原子的擴散過程。 遵循形核、長大規(guī)律。2共析鋼奧氏體化溫度 Ac1溫度。 1）、共析鋼的奧氏體化1奧氏體化6a. 形核：優(yōu)先在相界F，F(xiàn)e3Cb. 長大：c. 滲碳體完全溶解

3、：d. 碳的均勻化：3共析鋼奧氏體化過程F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) A (Fcc, 0.77)示意72）、亞(過)析鋼的奧氏體化亞析鋼過析鋼P + F AP+ Fe3C AAc1Ac3Ac1Accm83.1.2、奧氏體晶粒大小及控制 表征晶體內晶粒大小的量度，通常用長度、面積、體積或晶粒度級別表示。1晶粒度92起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度 本質晶粒度：鋼奧氏體晶粒長大的傾向。 奧氏體晶粒隨溫度的升高而迅速長大本質粗晶鋼 奧氏體晶粒隨溫度升高到某一溫度時，才迅速長大本質細晶鋼 （見下圖） 起始晶粒度：P A結束時的晶粒度； 實際晶粒度：鋼在某一具體處理過程中所得奧氏體

4、晶粒的大??；10本質細晶粒和本質粗晶粒（示意圖）113、影響奧氏體化的因素a加熱溫度 TA化速度 (因為過熱度、D、形核孕育期 ）V 轉變開始溫度，轉變時間；V ，轉變時間 ，接近平衡轉變b加熱速度12c含碳量 C% Fe3C / Fe3C界面多形核核心多轉變快d合金元素 a. Cr、Mo、W、 Mn 、V、Nb、Ti強碳化物形成元素，形成碳化物，阻礙碳擴散， 奧氏體形成速度 ；b. Co、Ni非碳化物形成元素，奧氏形成速度；c. Al、Si影響不太。e原始組織 片狀，片間距小相界面多碳彌散度大碳原子擴散距離短奧氏體形核長大快 ； 片狀 粒狀。134奧氏體晶粒度的控制a. 加熱工藝 合理的加熱

5、溫度（見下圖）與保溫時間。b. 鋼的成分合金化 i. A中C%晶粒 ii. 合金元素% 晶粒 碳化物形成元素：形成穩(wěn)定碳化物阻礙擴散，細化晶粒； Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率 且C擴散受阻本質細晶鋼； Mn 、P等：促進長大。14151.奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產生較大的變形甚至開裂。奧氏體晶粒大小對鋼的力學性能的影響163.1.3、鋼在加熱時常見的缺陷及防止措施1常見缺陷氧化；脫碳；過熱；過燒2防止措施在真空中加熱；可控氣氛加熱；鹽浴加熱；173.2 鋼在冷卻時的組織轉變1 連續(xù)處理 2 等溫處理 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉

6、變 影響C曲線的因素 過冷奧氏體的等溫轉變 18A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm19共析鋼等溫轉變圖（C曲線）（a）不同等溫下的等溫轉變動力學曲線（b）等溫轉變圖（C曲線）一、過冷奧氏體的等溫轉變1共析鋼過冷A等溫轉變曲線（TTT圖、C曲線）獲得：冷卻到一定溫度，保溫，測量A過冷轉變開始和終了時間T - timeT - temperatureT - transformationC - Shape2021特點：i. A1（727度）以上：A穩(wěn)定ii. A1 （727度）以下：過冷A不穩(wěn)定，iii. C曲線有一最小孕育期（550度）： 1：T，AP的驅動力提高 2

7、：TDiiii. 轉變開始線與轉變終了線22穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產物轉變開始線A向產物轉變終止線 A +產 物 區(qū)產物區(qū)230 - 50; 低溫轉變區(qū); 非擴散型轉變;馬氏體 ( M ) 轉變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf550230;中溫轉變區(qū); 半擴散型轉變; 貝氏體( B ) 轉變區(qū);A1550;高溫轉變區(qū);擴散型轉變; P 轉變區(qū)。 A +產 2共析鋼過冷奧氏體等溫轉變產物的組織和特征23A1鼻子溫度（550）A過冷P（S，T）索氏體，屈氏體。 P的形成取決于形核、長大速率。 T，形核，長

8、大。 T600，D，長大慢 層間距薄、短 擴散型相變，綜合性能好。 HB較低，韌性好。 THB，強度（1）高溫轉變區(qū) P S T24A1650 : P ; 525HRC; 片間距為0.60.7m ( 500 )。650600 : 細片狀P-索氏體(S); 片間距為0.20.4m (1000);2536HRC。600550:極細片狀P-屈氏體(T); 片間距為0.2m ( 電鏡 );3540HRC。25珠 光 體 形 貌 像光鏡下形貌電鏡下形貌26光鏡形貌電鏡形貌 索 氏 體 形 貌 像27 屈 氏 體 形 貌 像電鏡形貌光鏡形貌28（2）中溫區(qū)轉變貝氏體轉變 550230 （Ms）A過冷B，碳

9、化物分布在含過飽和碳的F基體上的兩相機械混合物。550350上貝氏體半擴散型，F(xiàn)e不擴散羽毛狀（見下圖）碳化物在F間，韌性差350Ms 下貝氏體 C原子有一定的擴散能力 針狀 （見下圖）碳化物在F內，韌性高，綜合機械性能好 B上B下29B上 =過飽和碳 -Fe條狀+ Fe3C細條狀過飽和碳-Fe條狀 Fe3C細條狀羽毛狀B下 =過飽和碳 -Fe針葉狀 + Fe3C細片狀過飽和碳 -Fe針葉狀Fe3C細片狀針葉狀30上貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖31轉變產物： 馬氏體M，碳在-Fe中的過飽和固溶體。 使-Fe 晶格發(fā)生變化。b. 實 質： T低C無法擴散非擴散性晶格切變(見下圖)過飽和C的

10、鐵素體。（3）低溫區(qū)轉變 馬氏體轉變，MSMf之間一個溫度范圍內連續(xù)冷卻完成的，屬于非擴散型轉變。 A過冷M+A殘余32 由于碳的過飽和作用,使Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格。33奧氏體含碳量對馬氏體轉變溫度的影響34奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響35d. M的組織形態(tài)板條狀 - 低碳馬氏體(0.23%C ); 3050HRC ; = 917%。C%1.0%，針/片狀馬氏體M針36針、片狀 - 高碳馬氏體(1.0%C); 66HRC左右 ; 1%。 高碳針片狀馬氏體組織金相圖37e. M的性能馬氏體的碳濃度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.50.6

11、0.70.80.91.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉強度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200主要取決于馬氏體中的碳濃度。38M轉變的特征： 無擴散性； 瞬時性； 存在Ms,Mf； 不完全性； 體積膨脹。393共析鋼等溫轉變組織性能的關系 轉變溫度降低，片間距小，細晶強化強度、硬度、塑性、韌性提高。 B上（羽毛狀）：強度、韌性差； B下（針狀） ：硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機械性能。 硬度高C%HRC 針/片狀馬氏體（高C% ），硬而脆，塑、韌性差； 板條狀（低C% ） ，強度高，塑性、韌性好。（1）珠光體型（2）貝氏體（3）馬氏體404亞（過）共析鋼的等溫

12、冷卻轉變曲線在C曲線左端多一條曲線。 亞：先析出F， 過：先析出Fe3C碳含量對碳鋼C曲線的影響41二、影響C曲線的因素 C曲線反映奧氏體的穩(wěn)定性及分解轉變特性，這些取決于奧氏體的化學成分和加熱時的狀態(tài)。 C曲線的形狀位置，不僅對過冷奧氏體等溫轉變速度和轉變產物的性能具有重要意義，而且對鋼的熱處理工藝也有指導性作用。 A中C%C曲線右移. 對亞共析鋼：鋼中C%，A中C%C曲線右移 對過共析鋼：一般在AC1以上A化，鋼中C%，未溶Fe3C 有利于形核C曲線左移； 當溫度超過Accm時， Fe3C全溶解， C曲線右移 共析鋼：C曲線最靠右邊，穩(wěn)定性最高，孕育期最長。1含碳量下圖：碳含量對碳鋼C曲線

13、的影響42碳含量對碳鋼C曲線的影響43除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性C曲線右移 非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不改變C曲線形狀，使右移 強碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改變C曲線形狀并右移除Co、Al 外，均使Ms、Mf 下降，殘余A2合金元素，（Co%左移）（見下圖） A化溫度或加熱時間（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）A穩(wěn)定性，孕育期延長，C曲線右移3加熱溫度和加熱時間44合金元素對碳鋼C曲線的影響（a）Ni的影響（b）Cr的影響（c）W的影響A1Ms含Cr合金鋼MsA1向右移向下移除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元素溶入奧氏體中，會使:45三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變 （CCT曲線）Ps：AP開始線Pf：AP終止線K：珠光體型轉變終止線Vk：上臨界冷卻速度（馬氏體臨界冷卻速度）M最小冷速Vk：下臨界冷速完全P最大冷速1過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變圖C - continuousC - coolingT - transformation46（1）CCT位于TTT曲線右下方 ，AP轉變溫度低一些，t長一些（2）CCT無AB轉變 CCT測定困難，常用T