钢在加热时的转变.doc

钢在冷却时的转变冷却是热处理的最后一个工序，也是最关键的工序，它决定了钢热处理后的组织和性能。同一种钢，加热温度和保温时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。那么奥氏体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？这就是本次课的主要内容。碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除退火外），所以热处理后的组织为非平衡组织。碳钢非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相比差别很大。所以不能再用铁碳相图加以分析，而应使用C曲线来确定。一、 共析钢等温转变C曲线先介绍几个概念。等温冷却和连续冷却；过冷奥氏体：处于A1以下热力学不稳定的奥氏体，而奥氏体在A1以上是稳定的，不会发生转变。所以等温转变C曲线讲的就是过冷奥氏体在等温冷却条件下的转变规律。（一）、等温C曲线的测定（略）（二）、等温C曲线的结构坐标轴、线、区的含义；孕育期的问题，引出C曲线的“NOSE”，共析钢过冷奥氏体最不稳定的温度是550，也就是说其“NOSE”出现在550。C曲线的“NOSE”对钢的热处理影响很大，应注意。（三）、转变产物按照不同的冷却条件，过冷奥氏体在不同的温度范围内等温时将转变成不同的产物。1、 珠光体类型转变在A1-550之间等温时，过冷奥氏体转变成珠光体类型组织（即都是由F和Fe3C组成 ），而且等温温度越低，组织中F和Fe3C的层片间距越小，组织越细，力学性能越高。这些组织分别称为珠光体、索氏体和屈氏体，用符号P、S、T表示。其中S只有在1000倍的显微镜下才能分辨出其层片状形态；而T则只有在更高倍的电子显微镜下才能分辨出其层片状形态。这个转变是一个扩散型相变，需要完成铁的晶格改组和碳原子的重新分布。2、 贝氏体转变在550-Ms之间等温时，过冷奥氏体发生贝氏体转变。贝氏体是过饱和F和碳化物组成的机械混合物，用符号B表示。在550-350之间 等温时，过冷奥氏体转变成上贝氏体（B上），呈黑色羽毛状，其中断续的碳化物分布在F片之间 ，这种上贝氏体力学性能较差，一般不用。在350-Ms之间等温时，过冷奥氏体转变成下贝氏体（B下），呈黑色针状或竹叶状，其中颗粒状碳化物分布在F片之上，这种下贝氏体具有较好的力学性能，应用广泛。3、 马氏体转变1）定义当等温温度低于Ms线时，过冷奥氏体将转变成马氏体。马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，用符号M表示。2）形态马氏体按形态不同分为板条状马氏体和片状马氏体两种。板条状马氏体又称为低碳马氏体，在显微镜下呈一束束的板条状；片状马氏体又称为高碳马氏体，在显微镜下呈黑色针状，其立体形状为双凸透镜状。介于二者之间的为混合马氏体，如45钢淬火后的马氏体组织。3）晶体结构由于马氏体中固溶了过饱合的碳，所以其晶体结构由体心立方晶格变体心正方晶格，即高度C比宽度a大，C/a称为正方度，马氏体中的含碳量越多，正方度越大，组织转变应力越大，变形或开裂的危险也就越大。另一个要注意的问题是，在钢的相和组织中马氏体的比容最大，而奥氏体的比容最小，所以当奥氏体转变成马氏体时，钢的体积增大。这也是造成应力的主要原因。4） 性能马氏体是钢中最硬的组织，马氏体的硬度主要取决于其中的含碳量，与其它因素关系不大。但当含碳量增大到0.6%时，马氏体的硬度不再继续升高，大约为60-64HRC，如图.马氏体的高硬度主要是由于固溶强化造成的，另外还有位错和孪晶的影响，奥氏体向马氏体转变造成的组织细化也是一个因素。原来认为马氏体是一个脆性相，但近年的研究发现，低碳板条马氏体有较好的塑性和韧性，因此常用低碳钢直接淬火得到以马氏体代替渗碳淬火。高碳马氏体仍然是脆性较大的相。5） 转变特点这里主要注意两个问题。首先，马氏体是在一个温度范围（Ms-Mf）内进行的，需要连续冷却，也就是说它不是一个等温转变。其次，马氏体转变具有不完全性，最后总有一部分奥氏体残留下来。原因是部分钢的Mf低于室温，所以残余奥氏体的数量与Ms、Mf有关，而Ms、Mf又与钢的成分有关，含碳量和合金元素量越多，Ms、Mf越低，残余奥氏体量越多，如图。复习等温C曲线，然后做一个练习。转变温度 组织名称 符号 组织特征 力学性能727-650 珠光体 P 较粗 低650-600 索氏体 S 较细 较高600-550 屈氏体 T 极细 很高550-350 上贝氏体 B上 黑色羽毛状 劣350-230 下贝氏体 B下 黑色针状 强韧性好230以下 马氏体 M 板条状或片状 硬度高将T8钢加热到800，充分奥氏体化。问如何冷却才能得到下列组织：P、S、T、B、M；二、亚共析钢和过共析钢的等温C曲线 首先，这两种的等温C曲线与共析钢相比，多一条先共析转变线。亚共析钢是铁素体转变线，过共析钢是渗碳体转变线。其次，这两种钢的等温C曲线的位置比共析钢靠左，也就是说过冷奥氏体的稳定性较差。最后，先共析产物的数量与等温温度有关系，等温温度越低，先共析产物越少，有可能出现伪共析组织。1、 连续冷却转变C曲线热处理生产多为连续冷却，所以研究连续冷却C曲线的实际意义更大。（一）、共析钢连续冷却C曲线这个曲线最明显的特点是只有半个C，也就是没有贝氏体转变，过共析钢也是如此。这是由于贝氏体相变被大大推迟了。图中Ps是珠光体转变开始线，Pf是珠光体转变结束线，K线是转变中止线，当冷却到这条线时过冷奥氏体要“休息一会儿”，直到冷却到Ms线时再继续转变。钢在连续冷却转变时并不会出现新的转变，所有转变都以等温C曲线为基础。它相当于是许多时间很短的等温转变，其转变温度是在不断下降的，转变产物也在不断变化，所以连续冷却转变的产物多是混合组织。上图冷却后，V1是珠光体；V2是S+T+M；V3是M。VK是一个临界冷却速度，它是保证过冷奥氏体全部冷却到MS线以下转变成马氏体的最小冷却速度，称上临界冷却速度，也称淬火临界冷却速度，因为淬火时冷却速度必须大于它。一般地，钢连续冷却转变C曲线的位置在等温C曲线的右下方，即钢在连续冷却时比在等温冷却时稳定。2、C曲线的应用确定等温热处理的工艺参数；确定淬火工艺参数和淬火后组织性能；在等温C曲线估计连续冷却时的产物。【交流】奥氏体 马氏体 怎么理解啊作者: huangjiangta (站内联系TA) 收录: 2011-03-17 发布: 2011-03-10奥氏体 马氏体 怎么理解啊zhe_summer (站内联系TA)Originally posted by huangjiangta at 2011-03-10 1646:奥氏体 马氏体 怎么理解啊在钢铁里面，奥氏体就是 伽马-Fe，马氏体就是奥氏体快速冷却下来得到的组织如果广义来说，应该具有相同性质的都可以称为奥氏体和马氏体吧个人理解huangjiangta (站内联系TA)Originally posted by zhe_summer at 2011-03-10 2202:在钢铁里面，奥氏体就是 伽马-Fe，马氏体就是奥氏体快速冷却下来得到的组织如果广义来说，应该具有相同性质的都可以称为奥氏体和马氏体吧个人理解性能 方面呢 谢谢yehesuifeng (站内联系TA)奥氏体马氏体首先是从钢铁中理解他，然后就需要扩展到其他合金系了，甚至是陶瓷系zhe_summer (站内联系TA)Originally posted by huangjiangta at 2011-03-11 0959:性能 方面呢 谢谢这个我也不太清楚 不好意思只知道 马氏体 硬度和强度 都比较高;)kobelove (站内联系TA)晕，不是吧，你随便看看某本材料的学位课书都有的 ，而且是前几章！hehuan51888 (站内联系TA)奥氏体是面心立方结构 马氏体时体心立方。奥氏体快速冷去额可以得到马氏体huangjiangta (站内联系TA)Originally posted by lanxiaolv at 2011-03-12 2120:奥氏体是c溶于-Fe中所形成的间隙固溶体具有面心立方晶体结构，用字母A或者表示马氏体：用M表示，碳在阿尔法铁中的过饱和固溶体。间隙固溶体和过饱和固溶体是不一样，马氏体是从奥氏体快速冷却的产物。谢谢zoolay (站内联系TA)奥氏体相变属扩散型相变，是c或其它溶质溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，在钢的冷却过程中出现，在室温下可能有参与奥氏体存在，也确实有奥氏体的室温稳定组织。马氏体相变就不是扩散型的了，相变过程中成分不改变但晶格会有所改变，生成的新相和母相之间有严格的取向关系（切变共格关系），不是只在钢中才有马氏体，估计是因为钢中的比较典型或是相对比较容易研究所以资料才叫多吧，根据定义来说，但是具有切变共格关系的，且无扩散的相变都属于马氏体相变，而马氏体相变的产物自然是马氏体啦。关于马氏体的研究活动很多，本人不是研究这个的，水平有限，也望指点。weicheng345 (站内联系TA)马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。 马氏体马氏体（M）是碳溶于-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。 奥氏体是碳溶解在铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。jszxfzw (站内联系TA)奥氏体英文名称：Austenite 定义：铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。 奥氏体简介：晶体结构：面心立方（fcc） 字母代号：A、 定义：碳在Fe中形成的间隙固溶体 命名：为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(18431902)对金属科学中的贡献而命名。 微观表述：Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51108cm，略小于碳原子半径（0.077nm），因而它的溶碳能力比Fe大，在1148时，Fe最大溶碳量为2.11，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727时其溶碳量为0.77。 性能特点：奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。不具有铁磁性，因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的188型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。古代铁匠打铁时烧红的铁块既处于奥氏体状态。另外，奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。 奥氏体解释：碳溶解在铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。在合金钢中除碳之外，其他合金元素也可溶于奥氏体中，并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。例如，加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织，即所谓奥氏体钢。钢中奥氏体特性：奥氏体磁性：具有顺磁性，故可作为无磁钢。 比容：在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。 膨胀：奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高出约一倍。故也可被用来制作要求膨胀灵敏的元件。 导热性：除渗碳体外，奥氏体的导热性最差，为避免热应力引起的工件变形，不可采用过大的加热速度加热。 力学性能：具有较高的塑性、低的屈服强度，容易塑性变形加工成型。 面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，至密度高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢。奥氏体晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体针间的空隙处；马氏体英文名称：Martensite 定义：对固态的铁基合金(钢铁及其他铁基合金)以及非铁金属及合金而言，是无扩散的共格切变型相转变，即马氏体转变的产物。就铁基合金而言，是过冷奥氏体发生无扩散的共格切变型相转变即马氏体转变所形成的产物。铁基合金中常见的马氏体，就其本质而言，是碳和(或)合金元素在铁中的过饱和固溶体。就铁-碳二元合金而言，是碳在铁中的过饱和固溶体。 板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3 到5 个）。片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni 的Fe-Ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体马氏体概念：马氏体（M）是碳溶于-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。 马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 概念的提出：最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因，板条状马氏体在金相观察中为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 名称来历：马氏体就是以人名命名的：对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。 马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜