第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

1、第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變主要內(nèi)容：1、鋼在加熱時(shí)組織的轉(zhuǎn)變；2、鋼在冷卻時(shí)組織的轉(zhuǎn)變。重點(diǎn)：1、奧氏體化過(guò)程以及每個(gè)階段的特征2、奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變（TTT）產(chǎn)物3、影響TTT曲線的因素難點(diǎn)：1、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT曲線）2、TTT與CCT的異同12一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度（一）鋼的臨界溫度 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加熱和冷卻不是很緩慢，因此實(shí)際發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與相圖的A1、A3、Acm 有一定的偏離。通常加熱用 Ac1、Ac3、Accm 表示，冷卻用Ar1、Ar3、Arcm表示。圖1 鋼在加熱、冷卻時(shí)的臨界溫度 3奧氏體的形成奧氏體的形成(二) 奧氏體化

2、過(guò)程Fe3CA殘余Fe3CAAAA 形核A 長(zhǎng)大殘余Fe3C溶解A 均勻化未溶Fe3C圖2 奧氏體化過(guò)程示意圖4（四）奧氏體晶粒度的概念p起始晶粒度：珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變剛剛完成時(shí)奧氏體晶粒的大小。一般比較細(xì)小而均勻p實(shí)際晶粒度：熱處理后所獲得的奧氏體晶粒的大小。一般比起始晶粒度大p本質(zhì)晶粒度：某種鋼在規(guī)定的加熱條件下，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向，不是晶粒大小的實(shí)際度量。56二、奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變直接影響到熱處理后鋼的組織和力學(xué)性能，冷卻是熱處理中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。p過(guò)冷奧氏體暫時(shí)保留在A1以下的奧氏體。p連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變p等溫冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體

3、化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)組織轉(zhuǎn)變。7（一）奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變（1） 建立共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 - TTT曲線 ( C 曲線 )T - timeT - temperatureT - transformation以共析鋼為例，將若干試驗(yàn)片加熱到AC1線以上溫度并保溫，使其轉(zhuǎn)變成均勻的奧氏體，然后分別投入不同溫度（700 、600 、 500）鹽浴中，觀測(cè)其組織和測(cè)定硬度，便可測(cè)出過(guò)冷奧氏體在不同等溫槽中開(kāi)始轉(zhuǎn)變好終了的時(shí)間。8穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn) 物 區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P

4、轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū);時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)變區(qū); 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。圖3 共析鋼C曲線分析（一）奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變9（1 1）普通珠光體）普通珠光體 形成溫度為A1650，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖4 普通珠光體形貌1011（2 2）細(xì)珠光體形貌像）細(xì)珠光體形貌像電鏡形貌形

5、成溫度為650-600,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨。1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖5 細(xì)珠光體形貌12（3）極細(xì)珠光體形貌形成溫度為600-550，片層極薄，電鏡下可辨。1.高溫轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖5 極細(xì)珠光體形貌132.中溫轉(zhuǎn)變p由于轉(zhuǎn)變溫度降低，原子的擴(kuò)散能力減弱，轉(zhuǎn)變具有擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變和非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變的兩重性。轉(zhuǎn)變過(guò)程中，碳原子只能做短距離的擴(kuò)散，鐵原子幾乎不擴(kuò)散，僅從面心立方晶格改組為體心立方晶格。鐵素體中碳含量有過(guò)飽和現(xiàn)象。這種過(guò)飽和的鐵素體和細(xì)小顆粒狀滲碳體的機(jī)械混合物成為貝氏

6、體。用B表示。p在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)域，由于轉(zhuǎn)變溫度的不同，碳原子的擴(kuò)散能力有差別，因而形成的貝氏體形態(tài)、性能也有所不同。在550 -350 范圍內(nèi)奧氏體轉(zhuǎn)變成的組織稱為上貝氏體。在350-Ms范圍內(nèi)形成的組織稱為下貝氏體。（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能14（1）上貝氏體形貌p在光鏡下呈羽毛狀。p在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖6 上貝氏體形貌15（2）350230: B下; 4555HRC;良好綜合力學(xué)性能，生產(chǎn)中常等溫淬火獲得。B下 =過(guò)飽和碳

7、 -Fe針葉狀 + Fe3C細(xì)片狀過(guò)飽和碳 -Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀（1）上貝氏體形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖7 上貝氏體形貌結(jié)構(gòu)示意圖16光鏡下電鏡下p光鏡下呈竹葉狀。p在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60角。（2）下貝氏體形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖8 下貝氏體形貌結(jié)構(gòu)17p上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。p下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。 上貝氏體圖9 貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體（

8、二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能18p當(dāng)奧氏體過(guò)冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。p馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。p (1) 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)p碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。p 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖10 馬氏體組織金相圖19馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。 板條馬氏體p立體形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)的扁棒狀p在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下(2)馬氏體的形態(tài)3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織

9、和性能圖11 板條馬氏體結(jié)構(gòu)圖20 針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下光鏡下3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖12 針狀馬氏體結(jié)構(gòu)圖21圖13 馬氏體的碳濃度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉強(qiáng)度b ( MPa ) 1800 1400 1000 600 200(3) 馬氏體的性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能22針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射

10、電鏡形貌（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能p馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。p馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.圖12 馬氏體透射電鏡圖23(4) 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。其主要特點(diǎn)是： 無(wú)擴(kuò)散性鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能3.馬氏體轉(zhuǎn)變圖13 馬氏體組織圖24MfMsM(50%)（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)

11、物的組織和性能降溫形成p 馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始的溫度稱上馬氏體點(diǎn)，用Ms 表示。p 馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf 表示。只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。p 在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。3.馬氏體轉(zhuǎn)變圖14 馬氏體轉(zhuǎn)變曲線25殘余奧氏體，用A 或表示。高速長(zhǎng)大馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長(zhǎng)大。當(dāng)一片馬氏體形成時(shí)，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。轉(zhuǎn)變不完全即使冷卻到Mf點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái)，3.馬氏體轉(zhuǎn)變（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（二）奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能圖15 殘余奧氏體組織圖26（三）

12、奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變p實(shí)際生產(chǎn)中，如一般淬火、正火、退火等，過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變均是在連續(xù)冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的，所以研究奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中的轉(zhuǎn)變具有十分重要的意義。p在連續(xù)冷卻過(guò)程中，過(guò)冷奧氏體同樣會(huì)轉(zhuǎn)變成珠光體或貝氏體等。組織轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域與奧氏體等溫轉(zhuǎn)變大致相同。但連續(xù)冷卻卻是按照一定的速度從較高的溫度冷卻，奧氏體的組織轉(zhuǎn)變發(fā)生在各個(gè)不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域。因此就會(huì)得到不同的產(chǎn)物。27Vk共析碳鋼共析碳鋼 CCT CCT 曲線建立過(guò)程示意圖曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk爐冷空冷（四）奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（四）奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖16 共析鋼CCT曲線圖28（1）圖中冷卻

13、速度冷卻速度v v1 1相當(dāng)于隨爐冷卻的速度，根據(jù)v1與C曲線相交的位置，過(guò)冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w珠光體( (P)P)；（2）冷卻速度冷卻速度v v2 2相當(dāng)于空氣中冷卻的速度，根據(jù)v2與C曲線相交的位置，過(guò)冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w索氏體( (S)S)；（3）冷卻速度冷卻速度v v3 3相當(dāng)于淬火時(shí)的冷卻速度，有一部分過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w(T)，剩余的過(guò)冷奧氏體冷卻到Ms開(kāi)始轉(zhuǎn)變成馬氏體(M)，最終獲得屈氏體氏體馬氏體殘余奧氏體馬氏體殘余奧氏體的混合組織；（4）冷卻速度冷卻速度v v4 4相當(dāng)于在水中冷卻時(shí)的冷卻速度，它不與C曲線相交，一直過(guò)冷到Ms點(diǎn)以下開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(M)，得到馬氏體和殘

14、余奧氏體馬氏體和殘余奧氏體的混合組織。冷卻速度vk與C曲線鼻尖相切，為該鋼的臨界冷卻速度。29過(guò)冷奧氏體在連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變情況亞共析鋼的亞共析鋼的TTTTTT曲線曲線 FAP + FS + FTBM + A殘殘A3時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf（三）碳量對(duì)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響（三）碳量對(duì)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響30過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的TTTTTT曲線曲線P + Fe3CS + Fe3CTBM + A殘殘 Fe3CAACM時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-1001002005006

15、00700溫度溫度()0400A1MsMfAcm時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf31影響影響 TTT TTT 曲線形狀與位置的因素曲線形狀與位置的因素（1 1）奧氏體中含碳量的影響）奧氏體中含碳量的影響: : 亞共析鋼的亞共析鋼的C C曲線隨含碳量的增加右移；曲線隨含碳量的增加右移； 過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的C C曲線隨含碳量的增加左移。曲線隨含碳量的增加左移。過(guò)共過(guò)共析鋼析鋼共析共析 鋼鋼亞共亞共析鋼析鋼時(shí)間時(shí)間溫度溫度A132（2 2）奧氏體中含合金元素的影響）奧氏體中含合金元素的影響: : 除除CoCo

16、外外, , 能溶入奧氏體使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增大的合能溶入奧氏體使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增大的合金元素會(huì)使金元素會(huì)使C C曲線右移動(dòng)；溶入較多碳化物形成元素，使曲線右移動(dòng)；溶入較多碳化物形成元素，使C C曲線曲線出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖。出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖。向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金鋼合金鋼（3 3）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響: : 加熱溫度越高加熱溫度越高, , 保溫時(shí)間越長(zhǎng)保溫時(shí)間越長(zhǎng), ,碳化物溶解充分碳化物溶解充分, , 奧氏體成分奧氏體成分均勻均勻, ,提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性, , 從而使從而使 TTTTTT曲線向右移。曲線向右移。3

17、31 1、同一成分的鋼的、同一成分的鋼的CCTCCT曲曲線位于線位于C C曲線右下方。要曲線右下方。要獲得同樣的組織，連續(xù)獲得同樣的組織，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變比等溫轉(zhuǎn)變的冷卻轉(zhuǎn)變比等溫轉(zhuǎn)變的溫度要低些，孕育期要溫度要低些，孕育期要長(zhǎng)些。長(zhǎng)些。2 2、連續(xù)冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)在、連續(xù)冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變時(shí)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型可能，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型可能不只一種，有時(shí)是幾種不只一種，有時(shí)是幾種類型組織的混合。類型組織的混合。3 3、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)，共析、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)，共析鋼不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。鋼不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。三、三、 共析碳鋼共析碳鋼 TTT TTT 曲線與曲線與CCTCCT曲線的

18、比較曲線的比較3445號(hào)鋼號(hào)鋼CCT圖圖35總結(jié)總結(jié) 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物物形成溫度，形成溫度， 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變機(jī)制機(jī)制顯微組織特征顯微組織特征HRCHRC獲得獲得工藝工藝珠珠光光體體P PA A1 1 650650擴(kuò)擴(kuò)散散型型粗片狀，粗片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布5-205-20退火退火S S650650 600 600細(xì)片狀，細(xì)片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布20-3020-30正火正火T T600600 550 550極細(xì)片狀，極細(xì)片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布30-4030-40等溫等溫處理處理貝貝氏氏體體B B上上550550 350 350半擴(kuò)半擴(kuò)散型散型羽毛狀，短棒狀羽毛狀，短棒狀FeFe3 3C C分布于過(guò)分布于過(guò)飽和飽和F F條之間條之間40-5040-50等溫等溫處理