第3章-3铁碳合金中相和组织

1、2. 钢的淬透性钢的淬透性 (1)淬透性的概念淬透性的概念 钢的淬透性是指钢在淬火时能获得淬硬层深度的能力，它是钢材本身固有的属性。 淬火时，工件截面上各处冷却速度是不同的。其表面冷却速度最大，大于该钢的马氏体临界冷却速度，淬火后获得马氏体组织。愈到中心冷却速度愈小。在距表面某一深处的冷却速度开始小于该钢的马氏体临界冷却速度，则淬火后将有非马氏体组织出现，这时工件末被淬透。 (2)淬透性对力学性能的影响淬透性对力学性能的影响 淬透性好的钢，其力学性能沿截面是基本相同的；而淬透性差的钢，其力学性能沿截面是不同的，愈靠近心部的力学性能愈低，特别是韧性值更为明显。(3)淬透性的测定与表示方法淬透性的

2、测定与表示方法 淬透性的测定方法很多，按GB22563规定，结构钢末端淬透性试验(端淬试验)法是最常用的方法。用来测量淬透层的厚度。 临界直径是一种直观衡量淬透性的方法。临界直径是钢在某种淬火冷却介质中冷却后，心都能得到半马氏体组织（50%）的最大直径，用Do表示。 顶端淬火法临界淬透直径油淬油淬水淬水淬牌号Domm牌号Domm淬水淬油淬水淬油451316.559.535CrMo3642202860111761260Si2Mn55623246T101015850CrVA5562324065Mn2530172538CrMoAl1008020Cr121961220CrMoTi2235152440C

3、r3038192830CrMnSi4050324035SiMn4046253440MnB50552840钢的淬透性的应用钢的淬透性是机械设计中选材时应予考虑的重要因钢的淬透性是机械设计中选材时应予考虑的重要因素之一。素之一。 大截面零件、承受动载的重要零件、承受拉力和大截面零件、承受动载的重要零件、承受拉力和压力的许多重要零件（螺栓、拉杆、锻模、锤杆压力的许多重要零件（螺栓、拉杆、锻模、锤杆等），要求表面和心部力学性能一致，应选择淬等），要求表面和心部力学性能一致，应选择淬透性高的材料；透性高的材料； 心部力学性能对使用寿命无明显影响的零件（承心部力学性能对使用寿命无明显影响的零件（承受弯曲或

4、扭转的轴类），可选用淬透性低的钢，受弯曲或扭转的轴类），可选用淬透性低的钢，获得获得1/21/4淬硬层深度即可；淬硬层深度即可； 焊接件、承受强力冲击和复杂应力的冷镦凸模等，焊接件、承受强力冲击和复杂应力的冷镦凸模等，不能或不宜选择淬透性大的材料。不能或不宜选择淬透性大的材料。马氏体在回火过程中的转变 马氏体是不稳定组织，加热后会发生转变。淬火得到马氏体后再次加热的过程叫做回火。 回火过程的组织转变包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。四类反应随温度升高逐步发展，交叠进行。 低温回火：马氏体开始分解，析出碳化物，马氏体的畸变减小。 中温回

5、火：残余奥氏体分解， 马氏体分解完成，马氏体的畸变消失，形成细小渗碳体 。 高温回火：渗碳体球化和长大，铁素体回复和再结晶。 性能变化 随着回火温度的升高，钢的抗拉强度b下降；屈服强度0.2 先稍升高而后降低； 断面收缩率和伸长率不断改善； 韧性总的趋势是上升，但在300400之间和500550之间出现两个极小值，相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。 35钢力学性能与回火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系铁碳合金中的相和组织铁碳合金的基本(平衡)相铁碳合金的基本（平衡）组织铁碳合金的非平衡组织铁碳合金的基本(平衡)相 铁素体（F） 渗碳体（Fe3C） 奥氏体（A）铁素体（F） 碳溶在铁中

6、形成的固溶体 特点： 在727有最大溶解度， 为0.0218%C； 强度和硬度低，韧性塑性好。其力学性能大致为； -Fe中的固溶体，用“F”表示。1.82.5MJ/m2ak5080HBSHB3050%100170MN/m20.27080%180280MN/m2bFe3C渗碳体 渗碳体是由铁和碳组成的一种具有复杂结构的间隙化合物，含碳量为6.69%，用“Fe3C” (Cementite)表示。 渗碳体的性能特点硬度高，脆性大。 硬度 HB=800kgf/mm2; 抗拉强度 b30MN/m2; 塑性、韧性几乎为零。奥氏体（A） 是碳溶解在-Fe中形成的固溶体 特点： 在1148时有最大溶解度2.1

7、1%C，727时可固溶 0.77%C； 其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般170220HBS、=4050%； 形变能力好，形变抗力小。莱氏体（Ld）：共晶产物L （A + Fe3C ） 成分：4.3%C低温莱氏体（L?d）（P+ Fe3C ） 铁碳合金的基本（平衡）组织（由基本相组成）珠光体（P） 共析产物， 727进行，A （F+Fe3C） 成分：0.77%C 综合性能好共析钢过冷奥氏体等温转变曲线图3-6 共析钢等温冷却转变曲线0400600700200B下B上TSPMM+A残A过冷A1500300Ms (240 )Mf (-55)110102103104105106T (s)高温转变

8、中温转变低温转变铁碳合金的非平衡相和组织 奥氏体冷却转变产物高温转变：珠光体、索氏体、屈氏体中温转变：上贝氏体、下贝氏体低温转变：马氏体 马氏体回火转变产物低温转变：回火马氏体中温转变：回火屈氏体高温转变：回火索氏体 在650600之间转变而得到的组织为索氏体，又叫细珠光体；在600550之间转变而得到的为屈氏体，又叫极细珠光体。 珠光体类型的组织越细密，其强度硬度越高。电镜形貌b.中温转变 上贝氏体：过饱和的铁素体平行排列，之间夹着渗碳体。 上贝氏体韧性很差，基本上无实用价值。下贝氏体 下贝氏体：过饱和铁素体内部排列着细小的渗碳体。 有较高的硬度和强度，韧性也较好。 马氏体 碳溶于体心立方的铁中形成的过饱和固溶体。 马氏体有两种形态。含碳量较高的马氏体组织呈针叶状，叫针叶马氏体。含碳量较低的马氏体组织为板条状，叫板条马氏体。组织含碳量%机 械 性 能HRCb(Mpa)akJ/cm2(%)低碳0.240451500602030高碳1.26065500524 回火马氏体：马氏体析出碳化物，碳的溶解度减小，晶格畸变减小。 保持高硬度，内应力下降，韧性提高。 回火屈氏体：碳析出形成细小渗碳体，马氏体的畸变消失（形成铁素体）。 硬度下降，塑性韧性提高。 回火索氏体：渗碳体球化和长大，铁素体回复和再结晶。综合性能好。 铁碳合金的基本(平衡)相：铁素体（F）渗碳体（F