钢的热处理－钢的冷却转变.ppt

钢的热处理,第二章钢的冷却转变,第二章钢的冷却转变,1过冷奥氏体的转变产物将加热成奥氏体的钢冷却到A1温度以下，奥氏体转变成珠光体或其它组织。转变的热力学条件：转变要有一定的过冷度。,温度不同，产物有别,一般情况下，把奥氏体冷却到不同温度，可发生珠光体转变、贝氏体转变及马氏体转变。按转变发生的温度区间不同，可分别称为过冷奥氏体的高温转变、中温转变和低温转变。,钢,铁素体贝氏体,马氏体贝氏体,马氏体,回火马氏体,贝氏体,铁素体珠光体,奥氏体,淬火,马氏体相变,贝氏体相变,珠光体相变,加热,温度不同，转变机制不同,以共析钢为例，由成分大致均匀的单相奥氏体分解为在成分上差别很大的铁素体和渗碳体两相的混合物（珠光体或贝氏体），显然必须借助于扩散过程才能实现。随着温度的降低，原子扩散能力不断减弱，转变产物也将不同。当把奥氏体冷却到相当低的温度时，原子的扩散能力已很微弱，过冷奥氏体的分解转变便无法进行。此时，奥氏体将以切变方式转变成马氏体。,珠光体转变（过冷奥氏体的高温转变）,温度范围：A1550C、Fe原子均可扩散珠光体：铁素体和渗碳体的共析混合物，一般情况下这两相呈相间分布。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，一般分为三种名称：珠光体、索氏体、屈氏体。强调：珠光体、索氏体、屈氏体均属于珠光体型组织，三者之间并无本质差别，且无严格的温度界限，只是片层厚度不同。,珠光体的三种形态,（1）珠光体（粗大珠光体）形成温度A1650，铁素体和渗碳体片层厚度：500700nm.较低倍光学显微镜能分辨。,2500,珠光体，共析钢，705等温处理，HRC15,（2）细珠光体（索氏体）,形成温度650600铁素体和渗碳体片层厚度：300400nm.400倍以上光学显微镜能辨别,2500,索氏体，共析钢，665等温处理，HRC30,（3）极细珠光体（屈氏体或托氏体）,形成温度600550铁素体和渗碳体片层厚度：100200nm.电子显微镜下能辨别。,3000,屈氏体，共析钢，595等温处理，HRC40,过冷奥氏体的中温转变（550220）,此温度下C、Fe原子扩散不能充分进行，奥氏体分解成为介稳定的-Fe和碳化物的混合物贝氏体（贝茵体）。上贝氏体：550稍下温度形成，羽毛状，性能不如珠光体，无使用价值。,(a)495(b)410等温转变组织,下贝氏体：靠近马氏体转变温度（220稍上）形成，也称针状贝氏体，由针状过饱和-Fe和其上分散的微细碳化物组成。塑性、韧性比珠光体好，有使用价值。,过冷奥氏体的低温转变（220以下）,过冷奥氏体以非扩散方式转变成马氏体。马氏体碳在-Fe中的过饱和固溶体。马氏体点（Ms）：过冷奥氏体必须冷却到某一温度以下才能发生马氏体转变，此温度称为马氏体转变开始点或简称马氏体点。马氏体转变终了点（Mf）：马氏体转变停止的温度。马氏体硬度很高，但塑性和韧性都很低，断裂强度也不高，不能直接使用。,片状马氏体,Fe-1.8%C钢冷却到-60和-100后得到的马氏体,2过冷奥氏体等温转变动力学曲线（C曲线）,C曲线的定义：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与转变时间的关系曲线。测量方法：金相硬度法、膨胀法、磁性法，等等。,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体不同温度下的稳定性,C曲线左边一条线与纵轴之间的距离，表示过冷奥氏体等温分解所需准备时间，称为孕育期。不同温度下奥氏体的稳定性不同，曲线呈“C”字母形状。,呈“C”字母形状的原因,高温时，过冷度（T）小，相变驱动力小，孕育期长；T增加，奥氏体稳定性降低，550左右稳定性最差，孕育期最短；T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。,共析钢（0.8C，0.76Mn）的C曲线,亚共析钢及过共析钢的C曲线,3过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）,测量方法：金相硬度法、膨胀法等等。测量过程：将欲测试样加热到奥氏体化，并以各种速度进行冷却，同时测出过冷奥氏体转变开始点和终了点，将这些点画在温度时间坐标系中，把开始点和终了点连在一起。测量时间较C曲线长，所需试样较多。,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%C,0.9%C,CCT曲线与C曲线对比,（1）在共析钢和过共析钢中，连续冷却时不出现贝氏体转变。原因：奥氏体碳浓度高，使贝氏体孕育期大大延长，在连续冷却时贝氏体转变来不及进行便冷却至较低温度。（2）连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方，说明连续冷却转变的孕育期较长，要求的转变温度更低。,用C曲线定性研究过冷奥氏体的连续冷却转变,各种钢的C曲线资料比较充分，而CCT曲线资料仍然缺乏。测量CCT曲线所需样品很多，耗时长。应用时需注意的问题：受合金元素及其它因素的影响，用C曲线定性研究过冷奥氏体的连续冷却转变时可能出现误差甚至错误，应用时要注意。,冷却曲线与C曲线的叠加,下临界冷却速度：保证过冷奥氏体全部发生珠光体转变所不能超过的冷却速度极限。上临界冷却速度：使全部奥氏体不发生分解，冷却到Ms点以下转变为马氏体的最小冷却速度。,共析钢,下临界冷却速度,上临界冷却速度,临界冷却速度的近似计算,式中：A1钢的临界点；tnC曲线“鼻子”处的温度；nC曲线“鼻子”处的孕育期。Vc1.5V实公式适用范围：碳素钢和某些低合金钢。,4影响C曲线形状和位置的因素,1.碳含量的影响亚共析钢，碳含量增加，C曲线右移，奥氏体的稳定性增高。过共析钢，碳含量增加，C曲线左移。共析钢奥氏体的稳定性最高。奥氏体含碳量增加，Ms点降低。,2.合金元素的影响除Co、Al外，所用合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性。不形成碳化物的元素Ni、Si、Cu等和弱碳化物形成元素Mn，只改变C曲线的位置，不改变C曲线的形状。碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti使C曲线右移，且改变C曲线的形状，使其分成两部分，上部分相当于珠光体转变，下部分相当于贝氏体转变。,合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线位置和形状的影响,3.加热条件的影响奥氏体化温度高，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的形核率，增加了奥氏体的稳定性，C曲线右移。反之，加热温度偏