钢的热处理-钢的贝氏体转变.ppt

钢的热处理,钢的贝氏体转变,研究贝氏体转变的重要意义,等温淬火：将工件加热到奥氏体状态后快速冷却到贝氏体转变温度区域等温，使奥氏体转变成贝氏体组织，这种热处理工艺称为等温淬火。等温淬火工件除了能获得良好的综合机械性能外，还可避免在一般淬火时由于急冷而易于产生变形和开裂等问题。,珠光体、贝氏体、马氏体相变特点比较,上、下贝氏体的形成温度与含碳量的关系,上贝氏体形态特点,上贝氏体往往都是从奥氏体的晶界开始向晶粒内部以同样的方向平行生长的板条状组织或细片状组织，板条是铁素体，在铁素体板条之间分布着延铁素体长轴方向延伸的、断续的、短棒状渗碳体。在高碳钢中，渗碳体还可以分布在铁素体内部。,上贝氏体组织630，成分：30CrMnSiA处理：1200奥氏体化，420等温,下贝氏体形态特点,优先在奥氏体晶界形成，但大量的下贝氏体在奥氏体晶粒内延着若干结晶面单独或者成堆地长成针状。下贝氏体内的碳化物呈细棒状，其排列方向与铁素体的长轴方向成度角。,下贝氏体组织500，成分：1.16%C,下贝氏体体内的碳化物,贝氏体与母相之间的位向关系,转变温度不同，位向关系也不同。350-500形成的上贝氏体，铁素体与奥氏体的位向关系是：(111)(110)211110惯习面：(111)350-250形成的下贝氏体：(111)(110)110111惯习面：(225),粒状贝氏体,形成温度高于上贝氏体形成温度，接近于奥氏体转变为贝氏体的最高温度。组织特征：块状铁素体内含有岛状的未转变的奥氏体。,500,1500,颗粒状贝氏体,贝氏体的形成机理,（）贝氏体的形核碳原子可以扩散，铁原子不能扩散。温度较高时晶核一般在晶界形成（上贝氏体），温度较低时，大部分晶核在晶内形成，有惯习面。上贝氏体领先相通常是铁素体。（）奥氏体向贝氏体转变是以切变方式进行的，磨光的金相表面有浮凸现象。与奥氏体有一定的位向关系。,（）碳的扩散与贝氏体的形态高温中温低温,影响贝氏体形成的因素,化学成分的影响除了Co、Al外，其它元素（C、Mn、Cr、Ni、Cu、W、Mo、Si）都延缓贝氏体的形成，C、Mn、Cr、Ni对奥氏体有强烈的稳定作用。Cr、Mn、W、V等碳化物形成元素，使贝氏体的转变稳定区间降低。,合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线位置和形状的影响,合金元素影响的解释,C、Mn、Ni等奥氏体稳定的元素，减小相变自由能，因而减小相变驱动力。Cr、W、V等碳化物形成元素，与C的亲和力强，降低碳在奥氏体中的扩散速度，使贝氏体中C的脱溶困难。Al是非碳化物形成元素，降低奥氏体的稳定性。Co也是非碳化物形成元素，对奥氏体的稳定性影响不大，但提高碳的扩散速度，加速奥氏体向贝氏体的转变。,奥氏体化温度和奥氏体晶粒大小的影响一般地说，奥氏体晶粒的增大，将延长贝氏体转变的孕育期，使转变速度减慢。原因是晶界减少，形核地点减少。一般情况下，奥氏体化温度高，奥氏体成分均匀，减少了低碳及低合金元素的区域，减少了形核机会（或几率），降低贝氏体的形成速度。有时，升高温度反而加速贝氏体的形成速度。,塑性变形的影响奥氏体在中温区的变形会显著加速贝氏体的形成，高温区的变形对贝氏体的转变速度无明显影响，但高温区的变形能使贝氏体晶粒细化，改善钢的机械性能。原因：变形使位错密度升高，加速碳的扩散，促进贝氏体的转变（中温变形）；变形除了产生高密度的位错外，还产生大量的滑移带，阻碍相的共格生长，减缓贝氏体的转变。高温形变两种因素相互抵消。,不同温度停留对贝氏体转变速度的影响珠光体区的部分转变对贝氏体转变的影响没有统一的结果；在珠光体贝氏体区域之间的稳定区域保温将加速贝氏体的形成；在贝氏体区域上部停留使奥氏体部分转变，会减缓更低温度的贝氏体转变，使奥氏体的最终转变量减少；在贝氏体转变区间下部或马氏体区域内停留，奥氏体部分转变成贝氏体或马氏体，对更高温度的贝氏体相变起急剧的促进作用。例如，GCr15钢，当有马氏体存在时，450的贝氏体转变速度提高15倍。,原因：（1）低温转变产物对形核的影响、奥氏体中碳等元素浓度的变化对形核的影响；（2）预相变时畸变（应力）的存在可能对贝氏体的转变有促进作用。,等温停留的意义,（1）大型零件淬火成马氏体后，在低温回火时，未转变的残余奥氏体易于转变成贝氏体；（2）等温淬火时，缩短等温时间，提高生产率。,贝氏体的性能,）形成温度低，铁素体板条间距小，下贝氏体的尺寸减小，强度增高；）形成温度降低，铁素体中位错密度增大，铁素体的强度增高；）形成温度低，碳在铁素体中的过饱和度增大，碳的固溶效果增加。碳化物分布对贝氏体性能的影响：上贝氏体中碳化物分散度小，片层间距大，上贝氏体强度低于同一温度下形成的珠光体。,贝氏体组织的应用,贝氏体（下贝氏体）组织与回火马氏体相比，有良好的强度与塑性配合，在多次冲击载荷下具有较低的裂纹敏感度，裂纹扩展阻力大，裂纹扩展速度慢。此外，为获得贝氏体组织进行的等温淬火，淬火应力小。,等温淬火的适用条件及优越性,（）对于一些临界冷却速度较大（淬透性较差）的碳钢和低合金钢，当零件尺寸不大时，可采用等温淬火。（）淬透性好的高合金钢零件，在采用等温淬火时，可以允许有较大的尺寸。（）对于一些具有明显的第一类回火脆性的钢，如30CrMoSi、40CrNiMo等，采用等温淬火获得下贝氏体，具有更为突出的优越性。,（）对于一些要求有高的弯曲疲劳抗力，接触疲劳抗力及耐磨损的零件，采用表面化学处理（渗碳、碳氮共渗等）后，再进行等温淬火处理，既可以提高零件心部的韧性，又增加零件表面的残余压应力，有效地提高耐疲劳性能。（）对于尺寸要求严格、形状复杂的零件，为了降低淬火应力和减小变形，多采用等温淬火。,等温淬