ch32 鋼鐵熱處理原理及工藝(202309修改)

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鋼的熱處理原理及工藝

3.2鋼的過冷奧氏體轉變動力學圖

2023-11-161

授課朱世杰

鋼的熱處理原理及工藝

概述冷卻方式有二種：冷卻方式有二種：連續(xù)冷卻方式和等溫冷卻方式過冷A的轉變類型：珠光體型、馬氏體型、過冷A的轉變類型：珠光體型、馬氏體型、貝氏體型轉變溫度保溫

溫

溫2023-11-162

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鋼的熱處理原理及工藝

3.2.1過冷奧氏體等溫轉變曲線過冷奧氏體等溫轉變曲線(又稱TTT圖IT圖或C曲線):過冷奧氏體等溫轉變曲線(又稱TTT圖、IT圖或C曲線):TTT圖或綜合反映了過冷奧氏體在冷卻時的等溫轉變溫度、綜合反映了過冷奧氏體在冷卻時的等溫轉變溫度、等溫時間和轉變量之間的關系(和轉變量之間的關系(即反映了過冷奧氏體在不同的過冷度下等溫轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產(chǎn)物類型、下等溫轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產(chǎn)物類型、轉變量與等溫溫度、等溫時間的關系)。轉變量與等溫溫度、等溫時間的關系)。TTT-TTT-TemperatureTimeTransformationIT-IT-IsothermalTransformation

2023-11-163

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鋼的熱處理原理及工藝一、TTT圖的建立TTT圖的建立TTT圖建立的原理在等溫冷卻條件下，圖建立的原理：1、TTT圖建立的原理：在等溫冷卻條件下，利用過冷奧氏體等溫轉變產(chǎn)物的組織形態(tài)和物理性質的變化，氏體等溫轉變產(chǎn)物的組織形態(tài)和物理性質的變化，通過實驗的方法繪制的。驗的方法繪制的。TTT圖建立的方法圖建立的方法：2、TTT圖建立的方法：TTT圖的建立的過程圖的建立的過程：3、TTT圖的建立的過程：以金相法為例

2023-11-164

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鋼的熱處理原理及工藝

過冷A過冷A等溫轉變動力學圖的基本形式(一)共析鋼的C曲線分析共析鋼的C1.線、區(qū)的意義縱坐標為溫度，橫坐標為時間，臨界點A轉變開始線，線：縱坐標為溫度，橫坐標為時間，臨界點A1線，MS線，Mf線，轉變開始線，轉變終了線。轉變終了線。以上為穩(wěn)定A過冷A過冷A等溫轉變區(qū)(A→P、A→B)區(qū)：A1以上為穩(wěn)定A區(qū)，過冷A區(qū)，過冷A等溫轉變區(qū)(A→P、A→B),轉變產(chǎn)物區(qū)(形成區(qū)(A→M)轉變產(chǎn)物區(qū)(M+Ar)物區(qū)(P、B),M形成區(qū)(A→M)、M轉變產(chǎn)物區(qū)(M或M+Ar)轉變類型：轉光體轉變、貝氏體轉變、轉變類型：轉光體轉變、貝氏體轉變、馬氏體轉變孕育期最短的部位，即轉變開始線的突出部分，稱為鼻子鼻子。孕育期最短的部位，即轉變開始線的突出部分，稱為鼻子。

2023-11-165

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鋼的熱處理原理及工藝

轉變產(chǎn)物組織特征

2023-11-166

授

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鋼的熱處理原理及工藝(3)共析鋼的TTT圖為何呈共析鋼的TTT圖為何呈TTT字形？“C〞字形？字形過冷A過冷A等溫轉變速度受兩個主要因素：主要因素：新相與母相間的自由能差△Gv和原子的擴散系數(shù)D由能差△Gv和原子的擴散系數(shù)D。這兩個因素作用是矛盾的。這兩個因素作用是矛盾的。一方面，高溫時過冷度小，方面，高溫時過冷度小，△GvGv影響為主影響為主。小，D大，以△Gv影響為主。另一方面，低溫時過冷度大，一方面，低溫時過冷度大，Gv大影響為主。△Gv大，D小，以D影響為主。上述兩個因素綜合作用的結果TTT圖呈圖呈“字形字形。使TTT圖呈“C〞字形。綜上所述，TTT圖為珠光體綜上所述，TTT圖為珠光體等溫轉變、馬氏體連續(xù)轉變、等溫轉變、馬氏體連續(xù)轉變、貝氏體等溫轉變的綜合。貝氏體等溫轉變的綜合。2023-11-167

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鋼的熱處理原理及工藝(三)非共析鋼的過冷A等溫轉變曲圖非共析鋼的過冷A與共析鋼的A等溫轉變圖不同的是：與共析鋼的A等溫轉變圖不同的是：對亞共析鋼在發(fā)生P對亞共析鋼在發(fā)生P轉變之前有先共析出，因此亞共析鋼的過冷A析F析出，因此亞共析鋼的過冷A等溫轉變曲線在左上角有一條先共析F析出線，曲線在左上角有一條先共析F析出線，且該線隨含碳量增加向右下方移動，該線隨含碳量增加向右下方移動，直至消失。對過共析鋼在發(fā)生P對過共析鋼在發(fā)生P轉變之前有先共析滲碳體析出，因此過共析鋼的過冷A析滲碳體析出，因此過共析鋼的過冷A等溫轉變曲線在左上角有一條先共析滲碳體析出線，且隨含碳量增加向左上方移動，析出線，且隨含碳量增加向左上方移動，直至消失。直至消失。

2023-11-168

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鋼的熱處理原理及工藝

二、影響TTT圖位置和形狀的因素影響TTTTTT圖位置和形狀的因素(一)含碳量Wc不改變曲線的形狀但浮現(xiàn)以下特點：不改變CWc不改變C曲線的形狀但浮現(xiàn)以下特點：非共析鋼在發(fā)生P轉變之前有先共析相析出，(1)非共析鋼在發(fā)生P轉變之前有先共析相析出，因此非共析鋼的過等溫轉變曲線，在左上角有一條先共析相析出線。冷A等溫轉變曲線，在左上角有一條先共析相析出線。共析鋼的C曲線最靠右，亞共析鋼的C曲線隨Wc增加向右移動；Wc增加向右移動(2)共析鋼的C曲線最靠右，亞共析鋼的C曲線隨Wc增加向右移動；過共析鋼的C曲線隨Wc增加向左移動。碳對C曲線的影響不如MeWc增加向左移動共析鋼的C曲線隨Wc增加向左移動。碳對C曲線的影響不如Me。

2023-11-169

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鋼的熱處理原理及工藝

(二)合金元素Co、Al以外以外，除Co、Al以外，大多數(shù)合金元素總是不同程度地延緩珠光體和貝氏體相變，貝氏體相變，這是由于它們?nèi)苋電W氏體后，增大其穩(wěn)定性，從而使C氏體后，增大其穩(wěn)定性，從而使C曲線右移。曲線右移。其中碳化物形成元素的影響最為顯著。影響最為顯著。假使碳化物形成元素未能溶入奧氏體，素未能溶入奧氏體，而是以殘存未溶碳化物微粒形式存在，溶碳化物微粒形式存在，則將起相反作用，曲線左移。Co、反作用，使C曲線左移。除Co、Al外，大多數(shù)合金元素總是不同程度地降低馬氏體轉變溫(Ms、Mf)地降低馬氏體轉變溫(Ms、Mf),并增加剩余奧氏體量。并增加剩余奧氏體量。2023-11-1610

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鋼的熱處理原理及工藝合金元素對C曲線影響可分為兩大類：合金元素對C曲線影響可分為兩大類：可分為兩大類或弱)碳化物形成元素：主要有CoNi、Mn、Cu、Co、(1)非(或弱)碳化物形成元素：主要有Co、Ni、Mn、Cu、Si、Co、Al(外使C曲線右移，Si、B等。這類元素除Co、Al(2.5%)外使C曲線右移，但曲線的形狀影響不大。對C曲線的形狀影響不大。碳化物形成元素：主要有CrMo、Cr、Ti、Nb等(2)碳化物形成元素：主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等。這類元素溶入奧氏體，從而使C曲線右移，且改變C這類元素溶入奧氏體，從而使C曲線右移，且改變C曲線的形狀和位置，使珠光體轉變的C曲線移向高溫、貝氏體轉變的C狀和位置，使珠光體轉變的C曲線移向高溫、貝氏體轉變的C曲線移向低溫，從而C曲線分開成上下兩部分，浮現(xiàn)雙C曲線移向低溫，從而C曲線分開成上下兩部分，浮現(xiàn)雙C曲線的特征。的特征。合金元素對貝氏體轉變與對珠光體轉變的影響有所不同。不同。

2023-11-1611

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鋼的熱處理原理及工藝奧氏體中含合金元素的影響:奧氏體中含合金元素的影響會引起:除Co、Al(2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中會引起、所有合金元素溶入奧氏體中,會引起

A1向右移Ms向下移Ms含Cr合金合金

A1

2023-11-1612

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鋼的熱處理原理及工藝

(三)A狀態(tài)1.A晶粒愈細，曲線左移，1.A晶粒大小A晶粒愈細，C曲線左移，會加速P轉變，但對B轉變影響較小；會加速P轉變，但對B轉變影響較??；A晶粒愈粗，C曲線右移。曲線右移。主要影響A成分均勻性。2.原始組織主要影響A成分均勻性。原始組織愈細，加熱后A成分愈均勻，曲線右移。始組織愈細，加熱后A成分愈均勻，C曲線右移。成分不均勻，分解，曲線左移。A成分不均勻，促進A分解，C曲線

左移。3.加熱溫度和保溫時間提高A3.加熱溫度和保溫時間提高A化加熱溫度和保溫時間，成分均勻和A晶粒長大，溫度和保溫時間，使A成分均勻和A晶粒長大，C曲線右移。中有未溶解的碳化物、分解，曲線右移。A中有未溶解的碳化物、促進A分解，曲線左移。C曲線左移。2023-11-1613

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(四)應力和塑性變形1.應力狀態(tài)下施加拉應力，1.應力在A狀態(tài)下施加拉應力，促進A分解，曲線左移。狀態(tài)下施加多向壓應力，分解，C曲線左移。在A狀態(tài)下施加多向壓應力，分解，曲線右移。減慢A分解，C曲線右移。2.塑性變形塑性變形加速P轉變，2.塑性變形塑性變形加速P轉變，C曲線左移。但對B轉變在高溫進行塑性變形減緩B線左移。但對B轉變在高溫進行塑性變形減緩B轉變，曲線右移；在低溫進行塑性變形加速B轉變，C曲線右移；在低溫進行塑性變形加速B轉變，曲線左移。轉變，C曲線左移。綜上所述，過冷A綜上所述，過冷A等溫轉變曲線的形狀和位置受上述多種因素的影響，置受上述多種因素的影響，因此在使用時必需注意其標明的試驗條件，包括鋼的成分、注意其標明的試驗條件，包括鋼的成分、A化條外界條件等。件、外界條件等。2023-11-1614

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3.2.2過冷奧氏體連續(xù)轉變曲線過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線(又稱CCT圖CT圖):綜過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線(又稱CCT圖或CT圖):綜CCT合反映了過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時的轉變溫度、合反映了過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時的轉變溫度、等溫時間和時間和轉變量之間的關系(轉變量之間的關系(即反映了過冷奧氏體在不同的冷卻速度下轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產(chǎn)物類型、下轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產(chǎn)物類型、轉變量與轉變溫度、轉變時間的關系)。變量與轉變溫度、轉變時間的關系)。

CCT-ContinuousCoolingTransformationdiagramCCT一、CCT圖的建立CCT圖的建立CCT圖的建立是在連續(xù)冷卻條件下，CCT圖的建立是在連續(xù)冷卻條件下，利用過冷奧氏體連續(xù)圖的建立是在連續(xù)冷卻條件下冷卻轉變過程中的組織形態(tài)和物理性質的變化，冷卻轉變過程中的組織形態(tài)和物理性質的變化，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉變量獲得的。不同冷速下過冷奧氏體的轉變量獲得的。2023-11-16

具體過程：具體過程：15

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共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖溫度

A1A+PPsKMsMfVkVk1(lgτ)16

Pf

2023-11-16

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共析鋼CCTC

CT圖分析二、共析鋼CCT圖分析1.線1.線、區(qū)的意義轉變開始線、線：T、τ、A1線、轉變開始線、轉變終了線、轉變中止線、轉變終了線、轉變中止線、MS線、Mf線。穩(wěn)定A過冷A過冷A區(qū)：穩(wěn)定A區(qū)、過冷A區(qū)(過冷A連續(xù)冷卻轉變的孕育期)、過冷A)、過冷續(xù)冷卻轉變的孕育期)、過冷A連續(xù)冷卻轉變區(qū)、轉變產(chǎn)物區(qū)、形成區(qū)、冷卻轉變區(qū)、轉變產(chǎn)物區(qū)、M形成區(qū)、M轉變產(chǎn)物區(qū)

Vk’Vk

共析鋼的CCT曲線曲線共析鋼的

共析鋼的共析鋼的CCT曲線沒有貝氏體轉變區(qū)，在珠光體轉變區(qū)之下多了曲線沒有貝氏體轉變區(qū)曲線沒有貝氏體轉變區(qū)，一條轉變中止線轉變中止線。一條轉變中止線。當連續(xù)冷卻曲線碰見轉變中止線時，珠光體轉變中止，余下的奧當連續(xù)冷卻曲線碰見轉變中止線時，珠光體轉變中止，氏體一直保持到Ms以下轉變?yōu)轳R氏體以下轉變?yōu)轳R氏體。氏體一直保持到以下轉變?yōu)轳R氏體。圖中的k為CCT曲線的臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時圖中的V曲線的臨界冷卻速度，曲線的臨界冷卻速度的最小冷卻速度.的最小冷卻速度2023-11-16TTT曲線的臨界冷卻速度Vk’≈1.5Vk。Vk’為曲線的臨界冷卻速度.曲線的臨界冷卻速度17

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鋼的熱處理原理及工藝2.在不同的冷卻速2.在不同的冷卻速度下A分析)度下A發(fā)生的轉變(分析)隨冷卻速度增加，隨冷卻速度增加，A發(fā)生以下轉變：生以下轉變：A→P全部(1)VVC’,A→P全部(2)VC’VVC,A→P部分，剩余A→M部分，剩余A→MA→M全部(3)VVC,A→M全部注意：注意：VC’和VC為臨界冷卻速度。卻速度。臨界冷卻速度VC—,,下臨界冷卻速度VC’—2023-11-1618共析溫度

連續(xù)冷卻轉變曲線完全退火正火油淬等溫轉變曲線水淬200Vk’VkM+A’M+T+A’SP

100

共析鋼CCT圖圖共析鋼

時間/s時間

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