热处理原理及工艺ppt6章

1、第六章第六章钢的钢的过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图 钢在冷却时的转变，既可在等温条件下进行，又可在连续冷却过程中进行。因此可以用过冷奥氏体等温转变图和连续冷却转变图来全面地反映过冷奥氏体转变与温度、时间(或者与冷却速度间)的关系，亦即反映在临界温度以下不同等温温度和冷却速度下奥氏体的转变情况。 本章主要讨论过冷奥氏体等温转变图与连续冷却转变图的建立、影响因素、基本类型以及等温转变图与连续冷却转变图的比较和应用。 山东理工大学 Shandong University of Technology 6.1、 过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图 6.1 .1 过冷奥氏体等温转变图的建立过冷奥氏

2、体等温转变图的建立 将奥氏体快冷至临界点以下的某一温度并在此温度下进行等温，这一过程中所发生的转变即称为过冷奥氏体的等温转变，由于等温转变图通常呈现“C”字形，所以又称为C曲线也称为IT曲线(图)或TTT（Time Temperature Transformation）曲线(图)。它较全面地反映了过冷奥氏体在不同过冷度下等温转变的转变开始和终了时间、转变产物及其转变量与温度和时间的关系。 山东理工大学 Shandong University of Technology 一、测定方法一、测定方法 金相法金相法 : 它是利用金相显微镜直接观察过冷奥氏体在不同温度下各个等温转变阶段上的相变产物及其数

3、量，根据组织的变化来确定过冷奥氏体等温转变开始和终了的时间，从而绘制出等温转变图。硬度法硬度法：这是一种较简便的测定方法。其原理是利用按上述金相法热处理后的试样借所得组织的不同而在硬度上引起的差异来确定转变的开始点和终了点。 膨胀法：膨胀法： 它是利用相变时比容的变化来测定等温过程中转变的开始点、终了点的一种方法。使用的测量设备为热膨胀仪。测定时试样经奥氏体化后，迅速转入预先控制好的等温炉中，作等温停留，此时膨胀仪可自动记录出等温转变时所引起的膨胀效应与时间的关系曲线。图2 等温转变时时间膨胀关系曲线 过冷奥氏体经纯冷却收缩bc和等温转变前的孕育期cd后，从d点起开始转变，形成珠光体或贝氏体d

4、e表示等温转变过程，至e点时则表示己转变完了 。图3 共析钢过冷奥氏体等温转变图二、线、区的意义二、线、区的意义临界点临界点A1A1线，线， 马氏体转变点马氏体转变点MSMS、MfMf线；线； C C形曲线形曲线（P P、B B） 纵坐标和转变开始线之间的区纵坐标和转变开始线之间的区 域为孕育期。域为孕育期。孕育期最短的部位，即转变开孕育期最短的部位，即转变开始线的突出部分，称为鼻子始线的突出部分，称为鼻子。稳定稳定A区、过冷区、过冷A区（过冷区（过冷A等温转变的孕育期）、过冷等温转变的孕育期）、过冷A等温转变区、等温转变产物区、等温转变区、等温转变产物区、M形成区、形成区、M转变产物区。转变

5、产物区。 共析钢的共析钢的A等温转变图，对亚共析钢在发生等温转变图，对亚共析钢在发生P转变之前有先共转变之前有先共析铁素体析出，因此亚共析钢的过冷析铁素体析出，因此亚共析钢的过冷A等温转变曲线，在左上等温转变曲线，在左上角有一条先共析铁素体析出线，且随角有一条先共析铁素体析出线，且随C%增加向右下方移动，增加向右下方移动，直至消失。直至消失。 对过共析钢在发生对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出，因此过转变之前有先共析渗碳体析出，因此过共析钢的过冷共析钢的过冷A等温转变曲线；在左上角有一条先共析渗碳体等温转变曲线；在左上角有一条先共析渗碳体析出线，且随析出线，且随C%增加向左上方移动，

6、直至消失。增加向左上方移动，直至消失。 山东理工大学 Shandong University of Technology 转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区 （过冷度增加，过冷（过冷度增加，过冷A发生的三种转变）发生的三种转变） (1)、珠光体型转变珠光体型转变：高温区（在临界点：高温区（在临界点A1以下）、过冷度以下）、过冷度 小，珠光体型组织转变区，小，珠光体型组织转变区，AP；扩散型相变扩散型相变 (2)、马氏体型转变马氏体型转变：低温区（在：低温区（在MS以下）、过冷度大，以下）、过冷度大， 发生马氏体转变的区域，发生马氏体转变的区

7、域，AM；非扩散型相变非扩散型相变 (3)、贝氏体型转变贝氏体型转变：中温区（在：中温区（在A1以下、以下、MS以上），发以上），发 生贝氏体转变的区域，生贝氏体转变的区域，AB。半扩散型相变半扩散型相变 山东理工大学 Shandong University of Technology 过冷过冷A等温转变速度受两个主要因素：新相与母相间的自由能差等温转变速度受两个主要因素：新相与母相间的自由能差Gv和原子的扩散系数和原子的扩散系数D。这两个因素作用是矛盾的。这两个因素作用是矛盾的。 （1）、高温时过冷度小，）、高温时过冷度小，Gv小，小，D大，以大，以Gv影响为主。影响为主。 （2）、低温时过

8、冷度大，）、低温时过冷度大，Gv大，大，D小，以小，以D影响为主。影响为主。 上述两个因素综合作用的结果使上述两个因素综合作用的结果使TTT图呈图呈“C”字形。字形。 综上所述，综上所述，TTT图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变的综合。等温转变的综合。 需要指出的是珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到需要指出的是珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到P+B混合组混合组织。织。B转变与转变与M转变也会重叠。转变也会重叠。共析钢的共析钢的TTT图为何呈图为何呈“C”字形？字形？ 山东理工大学 Shandong University of Tech

9、nology 1、标准、标准C曲线：曲线：P （T1，T2，T3）B（T4，T5，T6）2、亚亚(过过)共析钢共析钢C曲线曲线上多了一上多了一条先共析铁素体析出线。条先共析铁素体析出线。 3、共析钢共析钢C曲曲线可看成两个线可看成两个C字合成字合成。转变区都有重叠。6.1.2 过冷奥氏体等温转变图的基本类型过冷奥氏体等温转变图的基本类型 1、单、单C曲线曲线 珠光体转变与贝氏体转变曲线相重迭，在A1-MS之间，奥氏体等温转变图只有一个“鼻子”，该处孕育朔最短。在“鼻子”以上进行殊光体转变，在“鼻子”以下进行贝氏体转变。 这种类型多见于碳钢或含非(或弱)碳化物形成元素的低合金钢中。如钴钢、镍钢和

10、含锰量较低的锰钢等。2-3、双、双C曲线曲线 珠光体转变与贝氏体转变曲线相分离，奥氏体最大转变速度在贝氏体转变区：图中出现了两组曲线，上面一组代表珠光体转变下面一组代表贝氏体转变，两转变区之间出现了一个过冷奥氏体稳定区。当合金元素含量较高时，两组曲线截然分开。合金元素对珠光体转变的抑制作用更强，故代表珠光体转变的曲线更靠右。这种类型在含有铬、钼、钨、钒等形成稳定碳化物元素的钢中经常出现，如38CrMoAiA钢。2-3、双、双C曲线曲线合金使P减慢。高碳及合金使B减慢。2-3、双、双C曲线曲线P、B在转变后期分离 山东理工大学 Shandong University of Technology

11、4、只有、只有B的的C曲线曲线 只有贝氏体转变。 等温转变图中在Ms点以上只有贝氏体转变区域。至于珠光体转变，则因合金元素作用使其孕育期很长，以致在奥氏体等温转变图上未能出现。含较多镍的低碳和中碳铬镍钼钢或铬镍钨钢属于这种类型，如18Cr2Ni4WA。 5、只有、只有P的的C曲线曲线珠光体转变曲线与贝氏体转变曲线相分离，奥氏体最大转变速度在珠光休区：在合金奥氏体中当含碳量较多时，奥氏体最大转变速度出现在珠光体转变区，如Cr12钢。 6、只有碳化物的、只有碳化物的C曲线曲线只析出碳化物，无任何相变。在含碳和合金元素量较高的情况下珠光体转变与贝氏体转变都被强烈抑制。同时MS点降到室温以下，于是从A

12、1到室温的整个温度范围内，除了析出碳化物外，不发生任何相变。这类钢的奥氏体通常极其稳定，属于奥氏体钢，如4Crl4Nil4W2Mo钢. 6、2过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图 过冷典氏体的等温转变(TTT)图反映了在等温转变时的规律，但钢热处理时的冷却转变却多数是在连续冷却条件下进行的，如普通淬火、正火和退火等。虽然也可以利用等温转变图来分析连续冷却过程中奥氏体的分解情况，但这往往是粗略的，有时甚至会产生错误的结果。连续冷却转变图(称为CT或CCT图，即Continuous Cooling Transformation的缩写，简称为CT图)。由于连续冷却转变比较复杂，加之存在测

13、试技术上的某些困难，以致许多钢的连续冷却转变图上没有精确测定。6.2.1 过冷奥氏体连续冷却转变图的建立过冷奥氏体连续冷却转变图的建立 金相金相硬度法的原理硬度法的原理它是将一组被测钢的试样(通常为直径15毫米，厚度3毫米)加热至奥氏体化温度并保温后，以一定速度自奥氏体状态冷至指定的温度T1、T2、T3，并立即急冷(淬入水中)，将高温的状态固定到室温。通过观察金相组织和测量硬度（或尺寸-膨胀法），可确定转变的开始点和终了点。再取另一些冷却速度重复上述操作，即可求得在各种规定冷却速度下的转变开始点、一定转变量的点以及转变终了点。把各种相同物理意义的点连接起来就可得到CT图。6.2.2 冷却速度对

14、转变产物的影响冷却速度对转变产物的影响 冷速质量百分数F-P硬度（a）冷速-无扩散型转变； M+A残（b）冷速-室温组织：5%F+50%P+13%B+M+A残： （c）冷速-室温组织: 35%F+65%P）：随冷速减小，F析出，A含碳高，Ms下降。6.2.3 连续冷却转变图与等温冷却转变图的比较连续冷却转变图与等温冷却转变图的比较q共析钢CCT图只有P和 M区，无B区。qCCT图与TTT图鼻子不 在同一点。（用等温转 变图来估计连续冷却转 变过程是不够精确的 ）。q各冷却速度下的室温组 织？合金钢连续冷却组织多变。合金钢连续冷却组织多变。（a）有P无B；（b）有P，B，M；（c）与（b） 位置

15、不同；（d）无P有B；（e） 比（a）Ms低；（ f）有碳化物，M。6.2.4 钢的临界冷速钢的临界冷速VC，保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不发生马氏休 转变的最小冷却速度，称之为“临界冷却速度”。 VC 与CCT曲线的形状和位置有关。VC V1 C曲线右移VC小。6.3过冷奥氏体转变图的应用过冷奥氏体转变图的应用 6.3 .1过冷奥氏体等温转变图的应用过冷奥氏体等温转变图的应用1分级淬火分级淬火 分级淬火是一种能减少内应力，避免工件变形和开裂的淬火工艺。其方法为将奥氏体化后的钢件在MS点以上，奥氏体较稳定的某一温度（在MC以上）等温，使钢件表面与心部的温度趋于一致，然后从浴槽中取出空冷。根据IT图可以估计钢件应在浴槽中停留的时间. 2等温淬火等温淬火 等温淬火是使过冷奥氏体淬火成下贝氏体组织的淬火工艺，可根据等温转变图确定等温的温度范围及时间。 3 3、等温退火、等温退火 普通退火时，可借助于等温转变图确定钢在慢冷时大致的转变温度范围和所需的冷却时间。等温退火可直接从等温转变图上确定所需的等温温度和等温时间，并可估计出其应得的组织和硬度。 4形变热处理形变热处理 它是将压力加工与热处理相结合施行综合强化的一种工艺，根据等温转变图可以确定形变的温度和时间。 形变低温形变：在A稳定区进行的形变通过形变细化组织，与M或B组织结合强化。(一一)确定淬火临界冷却速度确定淬火