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长沙航空职业技术学院教案项目 （任务）任务十六 钢在冷却时的组织转变授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期焊接1301、2、3肖弦多媒体教室2/32授课周次第8、9、10周课程类型纯理论课教学方法讲授+讨论教学目标知 识 目 标能力（技能）目标掌握钢在等温冷却和连续冷却时的转变过程及其转变产物掌握钢在等温冷却和连续冷却时的转变过程及其转变产物重难点及解决方法重点：冷却方式、过冷A的等温冷却和连续冷却转变难点：“C”曲线的形成及其影响因素解决方法：案例分析，突破重点、化解难点能力训练任务及案例复习、提问、引入任务一：掌握过冷A等温冷却转变过程及其转变产物；任务二：掌握过冷A连续冷却时的转变过程及其转变产物以“C”曲线近似分析连冷转变产物的组织性能、M临界冷却速度课题小结、布置作业教学回顾教学过程设计：第十六讲 钢在冷却时的组织转变复习上节课内容：钢在加热时的组织转变/“C”曲线的形成及概况提出问题：如何利用“C”曲线来分析钢的冷却转变？两种冷却方式：等温冷却和连续冷却。引入新课：钢在冷却时的组织转变（二）任务一：掌握过冷A等温冷却转变过程及其转变产物1钢热处理冷却转变方式： 等温冷却转变：A快速冷却至临界温度以下的某个温度，并在该温度下保温一定时间和完成组织转变。 连续冷却转变：A以不同的冷却速度连续冷却，并在该过程中完成组织转变。过冷A：将处于临界温度以下尚未发生组织转变的A称为过冷A。过冷A是不稳定组织，迟早会转变成新的稳定相。过冷A的组织转变规律是制订热处理工艺的理论依据。2过冷A等温转变产物的组织及性能过冷A过冷至A1以下不同温度区间等温转变时，按过冷度不同有二类转变产物： 高温转变：P型转变、扩散型转变转变温度：A1550； 转变产物：P、S、T。特点：由一个单相固溶体（A），转变为2个成分相差悬殊、晶粒类型不同的两相混合组织（F与Fe3C片层相间）。按过冷度不同，P型转变有以下3种： 珠光体转变P：T = A1650。因过冷度小，所获组织片层间距较大（约0.3um），在500倍的低倍光学镜下即能分辨。组织形态：粗片状；硬度：160250HBW。 索氏体转变S：也称细P。T = 650600。因过冷度增大，组织片层间距较小（约0.10.3um），需在1000倍的光学镜下才能分辨。组织形态：细片状；硬度：2535HRC。 托氏体T：也称极细P。T = 600550。因过冷度更大，组织片层间距更小（约0.1um，需在电子显微镜下才能分辨。组织形态：极细片状；硬度：3540HRC。注意：P、S、T这三种组织在形态上有片层厚薄之分，并无本质区别，故统称为P型组织。对P型组织，随过冷度T增大，片层间距缩小，相界面增多，塑变抗力增加，组织的强硬度增加，塑韧性也有一定改善。 中温转变：B型转变、半扩散型转变转变温度：550Ms； 转变产物：B上、B下。贝氏体B是由含C过饱和的F（固溶体）与碳化物组成的两相混合物。因过冷度T较大，转变温度较低，铁原子已失去扩散能力，碳原子也只能进行短程扩散，故B型转变属半扩散型转变。按组织形态和转变温度不同，B型转变分以下2种： 上贝氏体：B上转变：T = 550350。由含C过饱和程度较小、呈板条状的F束和分布在F束之间、呈不连续状态的细片状Fe3C组成。特点：因B上中的F形成温度较高，故组织较粗大，且因碳化物分布于F片层之间，使F片层间易产生脆性断裂。故B上脆性大、强度低，基本无使用价值。下贝氏体：B下转变：T = 350Ms。由含C过饱和程度较大、呈针状的F片为主，并在F片中分布着与F片纵向轴线呈55-65、平行排列的碳化物。特点： B下具有较高的强硬度和韧性，综合力学性能优良。应用：生产中对形状复杂的工具、模具、弹簧等钢件常采用贝氏体等温淬火，目的是获得B下组织，以提高强韧性、耐磨性。共析钢的过冷A等温转变产物及性能如下图：任务二：掌握过冷A连续冷却时的转变过程及其转变产物实际热处理时，过冷A通常以连续冷却转变的方式完成组织转变，如下图。在C曲线上近似分析共析钢连冷时的组织及性能 1过冷A连冷转变曲线及特点： A的转变（分解）非恒温下进行； 共析钢的连冷转变只有P型和M型转变区，而无B型转变区，即不会形成贝氏体B。在P型转变区：PS-转变开始线（A P型）；PF-转变终了线；K线-转变终止线。表示当过冷A冷至该线温度时，将停止向P型转变，并一直保留到MS以下转变为M。在马氏体M转变区：MS-M转变开始线；MF- M转变终了线。2过冷A连冷转变产物的组织及其性能：（共析钢） V1-相当于工件随炉缓冷（退火）。当冷却速度线V1与PS相交时，便开始过冷A向P的转变；与Pf相交时，转变结束，过冷A全部转变为P； V2-空冷（正火）。转变过程与V1相似，但因过冷度稍大，故所获组织是更细小的索氏体S。 V3-油冷（油中淬火）。当冷却速度线V3与PS相交时，便开始过冷A向托氏体T的转变；但随后V3不与Pf相交，而是与转变终止线K相交，A停止向T转变；当冷却速度线V3与MS相交时，过冷A开始向M转变。故该冷速下的最终组织为：T + M + 残余A（M转变不彻底）。 V4-水冷（水中淬火）。冷却速度线不再与PS相交。即A不发生P型转变，而是全部过冷到M转变区，只发生M转变，其最终组织为：M + 残余A。 Vk-M临界冷却速度。Vk是保证过冷A只发生M转变的最小冷却速度。如：对钢件淬火时，为获得M，钢件的冷速应Vk；而在铸造、焊接的冷却过程中，为防止因M转变而致工件变形或开裂，冷速应Vk。3低温转变-M转变、非扩散型转变马氏体M：C在-Fe中的过饱和固溶体。是单相亚稳定组织。当A以极大的过冷度，剧冷至MS线以下，即发生M转变。 M转变特点： 属于非扩散型转变：T大，转变温度低 原子扩散能力弱 C原子被迫固溶于-Fe中。 M转变速度快：M转变无孕育期，在一定温度范围内（MSMF）连续进行。随温度下降，M的量增多，且一旦温度恒定不变，M转变即停止。 M转变不彻底：即使过冷至Mf以下，仍有一定量的A存在，称残余A。一般：A中WC越高 MSMF越低 残余A越高。 M转变时体积膨胀，产生大的内应力：M比容（容积/密度）A比容。此即钢淬火时容易变形、开裂原因之一。 M性能：对某一成分的钢，M是其所有组织中强硬度最高的组织。其性能主要取决于M中的C含量。WC1%的M：针状，强硬度高，塑韧性低-高碳M；WC0.2%的M：板条状，良好的强韧性-低碳M。4残余A（A）： A的