航空工程材料教案钢的热处理实践

1、项目 （任务）学习子情境:钢的热处理实践的认知之二授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期多媒体教室2/28授课周次课程类型理论课教学方法举例教学目标知 识 目 标能力（技能）目标1、掌握钢在冷却时的组织转变；2、了解“C”曲线的分析方法；会利用“C”曲线重难点及解决方法重点：钢在冷却时的组织转变；“C”曲线的分析方法难点：C”曲线的分析方法解决方法：多媒体演示、举例能力训练任务及案例T8钢在不同冷却方式下的组织教学回顾回顾前面所学的钢在加热时的组织转变和C”曲线的建立方法教学过程设计：1.复习上节课的内容。2.多媒体演示、讲解“C”曲线的分析方法。3.多媒体演示、挂图讲解共析钢在冷却时的组

2、织转变。§学习子情境： 钢的热处理实践的认知之二 一、教学回顾：钢在加热时和冷却时组织的转变，钢加热是为了得到奥氏体组织。冷却时方式不同，得到的组织也不同。二、钢在冷却时的组织转变（二）：1、A等温冷却时的转变（二）（2）影响“C”曲线的因素：a、含碳量的影响：碳钢中以共析钢的过冷A最稳定（“C”曲线最靠右）。d、合金元素的影响：常用合金元素（除Co外）溶入过冷A中都增加过冷A的稳定性，使“C”曲线右移。c、其它：A晶粒越粗大，或A成分越均匀，过冷A越稳定（“C”曲线右移）；A中残存的未溶质点越多，过冷A越不稳定（“C”曲线左移）。（可以从成核率方面考虑理解）（3）奥氏体等温冷却转变

3、产物的组织与性能：a、珠光体转变（高温转变）（扩散性转变）珠光体组织及其性能特点在温度A1以下至550左右的温度范围内，过冷奥氏体转变产物是珠光体，即形成铁素体与渗碳体两相组成的相间排列的层片状的机械混和物组织（见图），所以这种类型的转变又叫珠光体转变。在珠光体转变中，由A1以下温度依次降到鼻尖的550左右，层片状组织的片间距离依次减小。根据片层的厚薄不同，这类组织又可细分为三种。第一种是珠光体，其形成温度为A1650，片层较厚，一般在500倍的光学显微镜下即可分辨。用符号“P”表示。第二种是索氏体，其形成温度为650600，片层较薄，一般在8001000倍光学显微镜下才可分辨。用符号“S”表

4、示。第三种是屈氏体，其形成温度为600550，片层极薄，只有在电子显微镜下才能分辨。用符号“T”表示。实际上，这三种组织都是珠光体，其差别只是珠光体组织的“片间距”大小，形成温度越低，片间距越小。这个“片间距”越小，组织的硬度越高，屈氏体的硬度高于索氏体，远高于粗珠光体。 珠光体转变过程奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程。如图示，当奥氏体过冷到A1以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠其周围奥氏体不断地供应碳原子而长大。同时，由于渗碳体周围奥氏体含碳量不断降低，从而为铁素体形核创造了条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶碳能力低（<0.021

5、8%C），所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中，使相邻奥氏体含碳量增高，这又为产生新的渗碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体组织。 珠光体转变过程示意图 珠光体转变是一种扩散型转变，即铁原子和碳原子均进行扩散。 b、贝氏体转变（中温转变）（半扩散性转变）贝氏体组织及其性能特点过冷奥氏体在550Ms（马氏体转变开始温度）的转变称为中温转变，其转变产物为贝氏体型，所以也叫贝氏体转变。贝氏体用符号“B”表示，它仍是由铁素体与渗碳体组成的机械混和物，但其形貌与渗碳体的分布与珠光体型不同，硬度也比珠光体型的高。根据贝氏体的组织形态和形成温度区间的不同又可将其划

6、分为上贝氏体（B上）与下贝氏体（B下）。上贝氏体的形成温度为550350，它的硬度比同样成份的下贝氏体低，韧性也比下贝氏体差，所以上贝氏体的机械性能很差，脆性很大，强度很低，基本上没有实用价值。下贝氏体的形成温度为350Ms，它有较高的强度和硬度，还有良好的塑性和韧性，具有较优良的综合机械性能，是生产上常用的组织。获得下贝氏体组织是强化钢材的途径之一。贝氏体的转变过程在中温区发生奥氏体转变时，由于温度较低，铁原子扩散困难，只能以共格切变的方式来完成原子的迁移，而碳原子则有一定的扩散能力，可以通过短程扩散来完成原子迁移，所以贝氏体转变属于半扩散型相变。在贝氏体转变中，存在着两个过程，一是铁原子的

7、共格切变，二是碳原子的短程扩散。当温度较高（550350）时，条状或片状铁素体从奥氏体晶界开始向晶内以同样方向平行生长。随着铁素体的伸长和变宽，其中的碳原子向条间的奥氏体中富集，最后在铁素体条之间析出渗碳体短棒，奥氏体消失，形成上贝氏体。 当温度较低（350Ms）时，碳原子扩散能力低，铁素体在奥氏体的晶界或晶内的某些晶面上长成针状。尽管最初形成的铁素体固溶碳原子较多，但碳原子不能长程迁移，因而不能逾越铁素体片的范围，只能在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形式析出，从而形成下贝氏体。c、马氏体转变（低温转变）（非扩散性转变）马氏体组织及其性能特点过冷奥氏体在马氏体开始形成温度Ms以下转变为

8、马氏体，这个转变持续至马氏体形成终了温度Mf。在Mf以下，过冷奥氏体停止转变。除Al、Co元素外，溶解到奥氏体中的元素均使Ms、Mf下降，奥氏体中碳含量对Ms、Mf温度的影响是：碳含量增多，Ms、Mf点降低。经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为残余奥氏体。在Ms与Mf温度之间过冷奥氏体与马氏体共存。在Ms温度以下，转变温度越低，残余奥氏体量越少。随奥氏体中含碳量的增加Ms和Mf均会降低，可见在同样的冷却速度下（或冷却介质中），奥氏体中含碳量越高，马氏体中的残余奥氏体就越多。马氏体形成的温度已是碳原子难以扩散的温度，它是由过冷奥氏体按无扩散型转变机制的转变产物，马氏体与过冷奥氏体含碳量相等，晶

9、格同于铁素体体心立方。体心立方晶格的铁素体在室温含约0.008%C，对共析钢马氏体的晶格内含约0.77%C，为此导致体心立方晶格畸变为体心正方晶格，见图，因此马氏体是含过饱和碳的固溶体，是单一的相，同高温、中温转变产物有本质区别。马氏体的形貌常有针状及板条状两种，前一种一般出现在高碳钢中，后一种一般出现在低碳钢中。“针”或“条”的粗细主要取决于奥氏体晶粒的尺寸大小，奥氏体晶粒越大，“针”或“条”越粗。也可分为低碳马氏体、高碳马氏体、混合马氏体。马氏体的硬度主要取决于其中含碳量，含碳量越高，马氏体硬度越高。实际淬火钢硬度取决于马氏体，残余奥氏体，以及其它不转变物（铁素体或二次渗碳体）的含量。马氏

10、体转变的特点马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。它的主要特点是：（1）无扩散性；（2）有共格位向关系；（3）在不断降温的过程中形成；（4）高速长大，转变时体积膨胀，产生很大的内应力，是热处理裂纹产生的主要原因；（5）马氏体转变的不完全性（马氏体转变时体积膨胀，对尚未转变的奥氏体产生多向压应力，抑制其转变；大多数钢的Mf都低于室温）。（残余奥氏体马氏体，产生内应力，造成尺寸变化或变形，必须进行冰冷处理）。2、奥氏体连续冷却时的转变下图是共析钢的CCT 曲线。图中，Ps线为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线，Pf为转变终了线，两线之间为转变过渡区。KK线为转变的中止线，当冷却曲线碰到此线时，过冷奥氏体就中止向珠光体型组织转变，继续冷却一直保持到Ms点以下，使剩余的奥氏体转变为马氏体。Vk称为CCT曲线的临界冷却速度，它是获得全部马氏体组织（实际还含有一小部分残余奥氏体）的最小冷却速度。以不同的冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体将会转变为不同的组织。通过连续转变冷却曲线可以了解冷却速度与过冷奥氏体转变组织的关系。根据连续冷却曲线与CCT曲线交点的位