钢的热处理-钢的冷却转变.ppt

1、钢的热处理钢的热处理第二章第二章 钢的冷却转变钢的冷却转变第二章第二章 钢的冷却转变钢的冷却转变1 1 过冷奥氏体的转变过冷奥氏体的转变产物产物 将加热成奥氏体的钢将加热成奥氏体的钢冷却到冷却到A A1 1温度以下，奥温度以下，奥氏体转变成珠光体或其氏体转变成珠光体或其它组织。它组织。转变的热力学条件：转变的热力学条件：转变要有一定的过冷转变要有一定的过冷度。度。珠光体转变（过冷奥氏体的高温转变）珠光体转变（过冷奥氏体的高温转变）温度范围：温度范围：A1550C C、FeFe原子均可扩散原子均可扩散 珠光体：铁素体和渗碳体的共析混合物，珠光体：铁素体和渗碳体的共析混合物，一般情况下这两相呈相间

2、分布。一般情况下这两相呈相间分布。由于奥氏体向珠光体的转变温度不同，珠由于奥氏体向珠光体的转变温度不同，珠光体中铁素体及渗碳体片的厚度不同，一般光体中铁素体及渗碳体片的厚度不同，一般分为三种名称：珠光体、索氏体、屈氏体。分为三种名称：珠光体、索氏体、屈氏体。强强调调：珠珠光光体体、索索氏氏体体、屈屈氏氏体体均均属属于于珠珠光光体体型型组组织织，三三者者之之间间并并无无本本质质差差别别，且且无无严格的温度界限，只是片层厚度不同。严格的温度界限，只是片层厚度不同。珠光体的三种形态珠光体的三种形态（1）珠光体（粗大珠光体）珠光体（粗大珠光体）形形成成温温度度A1650，铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体片

3、片层层厚厚度度：500500700nm.700nm.2500（2 2）细珠光体（索氏体）细珠光体（索氏体）形成温度形成温度650600600铁素体和渗碳体片层厚度：铁素体和渗碳体片层厚度：300300400nm.400nm.2500（3 3）极细珠光体（屈氏体或托氏体）极细珠光体（屈氏体或托氏体）形成温度形成温度600600550550铁素体和渗碳体片层厚度：铁素体和渗碳体片层厚度：100100200nm.200nm.3000过冷奥氏体的中温转变（过冷奥氏体的中温转变（550550220220）此此温温度度下下C、Fe原原子子扩扩散散不不能能充充分分进进行行，奥奥氏氏体体分分解解成成为为介介稳

4、稳定定的的-Fe和和碳碳化化物物的的混混合合物物贝贝氏体（氏体（贝贝茵体）。茵体）。上上贝氏氏体体：550稍稍下下温温度度形形成成，羽羽毛毛状状，性性能能不不如珠光体，无使用价如珠光体，无使用价值。下下贝贝氏氏体体：靠靠近近马马氏氏体体转转变变温温度度（220稍稍上上）形形成成，也也称称针针状状贝贝氏氏体体，由由针针状状过过饱饱和和-Fe和和其其上上分分散散的的微微细细碳碳化化物物组组成成。塑塑性性、韧韧性性比比珠珠光光体体好好，有有使用价使用价值值。过冷奥氏体的低温转变（过冷奥氏体的低温转变（220220以下）以下）过冷奥氏体以非扩散方式转变成马氏体。过冷奥氏体以非扩散方式转变成马氏体。马氏

5、体碳在马氏体碳在-Fe中的中的过饱和固溶体。和固溶体。马马氏氏体体点点（M Ms s）：过冷冷奥奥氏氏体体必必须冷冷却却到到某某一一温温度度以以下下才才能能发生生马氏氏体体转变，此此温温度度称称为马氏体氏体转变开始点或开始点或简称称马氏体点。氏体点。马马氏氏体体转转变变终终了了点点（M Mf f）：马氏氏体体转变停停止止的温度。的温度。马氏氏体体硬硬度度很很高高，但但塑塑性性和和韧性性都都很很低低，断断裂裂强度也不高，不能直接使用。度也不高，不能直接使用。2 2 过冷奥氏体等温转变动力学曲线（过冷奥氏体等温转变动力学曲线（C C曲线）曲线）C C曲线的定义：曲线的定义：将奥氏体极速冷却到临界以

6、下将奥氏体极速冷却到临界以下各个不同温度保温，过冷奥氏体的转变量各个不同温度保温，过冷奥氏体的转变量与转变时间的关系曲线。与转变时间的关系曲线。测量方法：测量方法：金相硬度法、膨胀法、磁性法，金相硬度法、膨胀法、磁性法，等等。等等。过冷奥氏体等温转变动力学曲线作法示意图过冷奥氏体等温转变动力学曲线作法示意图C曲线各线段的物理意义及过冷奥氏曲线各线段的物理意义及过冷奥氏体不同温度下的稳定性体不同温度下的稳定性C曲曲线线左左边边一一条条线线与与纵纵轴轴之之间间的的距距离离，表表示示过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温分分解解所所需需准准备备时时间，称为间，称为孕育期孕育期。不不同同温温度度下下奥奥氏氏体体

7、的的稳稳定定性性不不同同，曲曲线线呈呈“C”字母形状。字母形状。呈呈“C”字母形状的原因字母形状的原因高温时，过冷度（高温时，过冷度（T T）小，相变驱动力）小，相变驱动力小，孕育期长；小，孕育期长；T T增加，奥氏体稳定性降低，增加，奥氏体稳定性降低，550550左左右稳定性最差，孕育期最短；右稳定性最差，孕育期最短；T T继续增大，尽管相变驱动力增大，但继续增大，尽管相变驱动力增大，但原子扩散能力减小，孕育期加长。原子扩散能力减小，孕育期加长。共析钢（共析钢（0.8C，0.76Mn）的）的C曲线曲线亚共析钢及过共析钢的亚共析钢及过共析钢的C C曲线曲线3 3 过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷

8、奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）曲线）测量方法：测量方法：金相硬度法、膨胀法等等。金相硬度法、膨胀法等等。测测量量过过程程：将将欲欲测测试试样样加加热热到到奥奥氏氏体体化化，并并以以各各种种速速度度进进行行冷冷却却，同同时时测测出出过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变开开始始点点和和终终了了点点，将将这这些些点点画画在在温温度度时时间间坐坐标标系系中中，把把开开始始点点和和终终了了点点连连在在一起。一起。测量时间较测量时间较C曲线长，所需试样较多。曲线长，所需试样较多。共析钢连续冷却转变曲线共析钢连续冷却转变曲线亚共析钢和过共析钢连续冷却转变曲线亚共析钢和过共析钢连续冷却转变曲线0.3%C0.9%

9、CCCT曲线与曲线与C曲线对比曲线对比（1）在在共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢中中，连连续续冷冷却却时时不不出出现现贝贝氏氏体体转转变变。原原因因：奥奥氏氏体体碳碳浓浓度度高高，使使贝贝氏氏体体孕孕育育期期大大大大延延长长，在在连连续续冷冷却却时时贝氏体转变来不及进行便冷却至较低温度。贝氏体转变来不及进行便冷却至较低温度。（2）连连续续冷冷却却转转变变曲曲线线位位于于等等温温转转变变曲曲线线的的右右下下方方，说说明明连连续续冷冷却却转转变变的的孕孕育育期期较较长长，要求的转变温度更低。要求的转变温度更低。用用C C曲线定性研究过冷奥氏体的连续冷却转变曲线定性研究过冷奥氏体的连续冷却转变 各各

10、种种钢钢的的C曲曲线线资资料料比比较较充充分分，而而CCT曲曲线线资资料料仍仍然然缺缺乏乏。测测量量CCT曲曲线线所所需需样样品品很多，耗时长。很多，耗时长。应应用用时时需需注注意意的的问问题题：受受合合金金元元素素及及其其它它因因素素的的影影响响，用用C C曲曲线线定定性性研研究究过过冷冷奥奥氏氏体体的的连连续续冷冷却却转转变变时时可可能能出出现现误误差差甚甚至至错错误误，应用时要注意。应用时要注意。冷却曲线与冷却曲线与C C曲线的叠加曲线的叠加下下临临界界冷冷却却速速度度：保保证证过过冷冷奥奥氏氏体体全全部部发发生生珠珠光光体体转转变变所所不不能能超超过的冷却速度极限。过的冷却速度极限。上

11、上临临界界冷冷却却速速度度：使使全全部部奥奥氏氏体体不不发发生生分分解解，冷冷却却到到Ms点点以以下下转转变变为为马马氏氏体体的的最最小小冷冷却却速度。速度。共析钢共析钢下临界冷却速度下临界冷却速度上临界冷却速度上临界冷却速度临界冷却速度的近似计算临界冷却速度的近似计算式中：式中：A1钢的临界点；钢的临界点；tnC曲线曲线“鼻子鼻子”处的温度；处的温度；nC曲线曲线“鼻子鼻子”处的孕育期。处的孕育期。V Vc c1.5V1.5V实实公式适用范围：碳素钢和某些低合金钢。公式适用范围：碳素钢和某些低合金钢。4 4 影响影响C C曲线形状和位置的因素曲线形状和位置的因素 1.碳含量的影响碳含量的影响

12、 亚亚共共析析钢钢，碳碳含含量量增增加加，C曲曲线线右右移移，奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性增增高高。过过共共析析钢钢，碳碳含含量量增增加加，C曲曲线线左左移移。共共析析钢钢奥氏体的稳定性最高。奥氏体的稳定性最高。2.合金元素的影响合金元素的影响 除除Co、Al外外，所所用用合合金金元元素素都都增增大大过过冷冷奥奥氏氏体的稳定性。体的稳定性。不不形形成成碳碳化化物物的的元元素素Ni、Si、Cu等等和和弱弱碳碳化化物物形形成成元元素素Mn，只只改改变变C曲曲线线的的位位置置，不不改改变变C曲线的形状。曲线的形状。碳碳化化物物形形成成元元素素Cr、Mo、W、V、Ti使使C曲曲线线右右移移，且且改改变

13、变C曲曲线线的的形形状状，使使其其分分成成两两部部分分，上上部部分分相相当当于于珠珠光光体体转转变变，下下部部分分相相当当于于贝贝氏体转变。氏体转变。合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线位置和形状的影响合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线位置和形状的影响3.加热条件的影响加热条件的影响 奥氏体化温度高，保温时间长，奥氏体晶奥氏体化温度高，保温时间长，奥氏体晶粒粗大，成分均匀，降低了奥氏体分解时粒粗大，成分均匀，降低了奥氏体分解时的形核率，增加了奥氏体的稳定性，的形核率，增加了奥氏体的稳定性，C曲线曲线右移。右移。反之，加热温度偏低，保温时间不足，奥反之，加热温度偏低，保温时间不足，奥氏体晶粒细小，甚至有未溶解的第二相，氏体晶粒细小，甚至有未溶解的第二相，促进奥氏体的分解，促进奥氏体的分解，C曲线左移。曲线左移。4.应力和塑性变形的影响应力和塑性变形的影响 拉拉应应力力促促进进奥奥氏氏体体的的转转变变，C曲曲线线左左移移，压压应力使应力使C曲线右移。曲线右移。塑塑性性变变形形，晶晶格格畸畸变变加加剧剧，位位错错密密度度增增高高，有有利利于于C、Fe原原子子的的扩扩散散，有有利利于于碳碳化化物物在位错处析出，在位错处析出，C曲线左移。曲线左移。