铁碳合金平衡组织

1、1 第第3 3章章 铁碳合金的平衡铁碳合金的平衡 组织与非平衡组织组织与非平衡组织233.1 Fe-Fe3C相图相图3.2 Fe-C合金平衡结晶过程合金平衡结晶过程3.3 铁碳相图的应用与局限铁碳相图的应用与局限3.4 复线复线Fe-G相图相图3.5 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.6 钢在冷却过程中的组织转变钢在冷却过程中的组织转变41Fe组元组元 - F e ( b c c ) 1 3 9 4 -Fe(fcc)912-Fe(bcc) (同同素异构转变素异构转变)强度低、硬度低、韧性、塑性好强度低、硬度低、韧性、塑性好3.1 Fe-Fe3C相图相图一、一、Fe-Fe3C相图的组元

2、相图的组元同素异构转变同素异构转变: :金属在固态下随温度的改变，金属在固态下随温度的改变，从一种晶格转变成另外一种晶构的现象。属二从一种晶格转变成另外一种晶构的现象。属二次结晶或重结晶。铁（钢）热处理的基础。次结晶或重结晶。铁（钢）热处理的基础。2Fe3C （ Cem， Cm）熔点高，硬而脆，塑性、韧性几熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。乎为零。5碳与铁可以形成多相固溶体及系列化合物碳与铁可以形成多相固溶体及系列化合物(Fe3C、Fe2C、FeC等等)。F e3CF e2CF e C温度F eC( 6 .6 9 %C )F e3CF e3CF e2CF e2CF e CF e C温度F e

3、C温度F eC( 6 .6 9 %C ) Fe3C: 在在Fe-C相图中表现为位于相图中表现为位于6.69C处的竖直线，高于此处的竖直线，高于此数值的钢铁材料无力学使用价值。数值的钢铁材料无力学使用价值。 Fe3C熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 碳在钢铁组织里主要是以碳在钢铁组织里主要是以Fe3C的方式存在，其形态、数量、分的方式存在，其形态、数量、分布形式是钢铁组织力学性能的最重要影响因素。布形式是钢铁组织力学性能的最重要影响因素。61液相液相L2相高温铁素体相高温铁素体 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相）二、二、Fe-Fe3C相图中的相相图中的相4

4、相、相、A奥氏体奥氏体 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相） 强度低，易塑性变形强度低，易塑性变形3相、相、铁素体铁素体F （C固溶到固溶到 -Fe中中相）相） 强度、硬度低、塑性好强度、硬度低、塑性好 （室温：（室温：C%=0.0008%, 727 ：C%=0.0218%） 5Fe3C7 铁素体铁素体( F ) - Ferrite :单相组织单相组织 奥氏体奥氏体( A ) - Austenite ：单相组织单相组织 渗碳体渗碳体( Fe3C ) - Cementite：单相组织单相组织 珠光体珠光体 ( P ) - Pearite 双相组织：铁双相组织：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。素体和

5、渗碳体组成的机械混合物。 莱氏体莱氏体( Ld ) - Ledeburite 双相组织：双相组织：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。三、三、Fe-Fe3C相图中的组织（钢铁基本组织）相图中的组织（钢铁基本组织）四种固体相组成五种基本组织,室温下组合成八种复杂的组织形态 FAFe3CP Ld81三条水平线三条水平线和三个重要点和三个重要点四、相图分析四、相图分析（1）包晶转变线）包晶转变线HJB： 1495 ，C%=0.090.53%LB+HAJ 即即 L0.53+ 0.09 A0.17（2）共晶转变线）共晶转变线ECF，1148 ，C%=2.116.69%L4.3

6、 A2.11+Fe3C（共晶渗碳体）（共晶渗碳体）Le4.3 高温莱氏体高温莱氏体 Le，Ld9A0.77 (F0.0218+Fe3C)P（珠光体珠光体） 珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和和F之间之间LeP+Fe3CII+Fe3C共晶共晶低温莱氏体低温莱氏体 Le（3）共析转变线）共析转变线PSK，727 ，C%=0.02186.69%AsFP+Fe3C（共（共析渗碳体）析渗碳体）10（1）液固相线）液固相线 液相线ABCD 固相线AHJECF（2）溶解度线）溶解度线 ES线碳在A中的固溶线，1148 ，2.11%727 ，0.77%，Fe

7、3CII PQ线 碳在F中的固溶线，727 ，0.0218%0.0008%室温，Fe3CIII（3）GS线线2其他重要线和点其他重要线和点11铁碳相图铁碳相图（小结）（小结）一、一、Fe-Fe3C相图的组元相图的组元 Fe组元、Fe3C二、二、Fe-Fe3C相图中的相相图中的相 液相L、相 、相、 相、Fe3C三、三、Fe-Fe3C相图分析相图分析 液相线、固相线、2条溶解度线、GS线 3条水平线、3个重要点四、基于四、基于Fe-Fe3C 相图的相图的 Fe-C合金分类合金分类 三大类共7种液相线液相线ABCD固相线固相线AHJECF碳在铁素体碳在铁素体F中的溶解度线中的溶解度线PQ碳在奥氏体

8、碳在奥氏体A中的溶解度线中的溶解度线ES奥氏体奥氏体A开始析出铁素体或者铁素开始析出铁素体或者铁素体全部溶入奥氏体体全部溶入奥氏体A的转变线的转变线GSL LB B+H H A AJ J14950CL LC C A AE E +Fe+Fe3 3C C11480CA AS S F FP P +Fe+Fe3 3C C7270C12工业纯铁工业纯铁 C% C% 0.0218%亚共析钢亚共析钢 0.0218%0.0218% C%C% 0.77% % 共共 析析 钢钢 C%=C%= 0.77% %过共析钢过共析钢 0.77%0.77% C%C% 2.11%2.11% 钢钢0.0218%0.0218% C

9、%C% 2.11%2.11%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11%2.11% C%C% 4.3%4.3%共共 晶晶 白口铸铁白口铸铁 C%=C%= 4.3%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 4.3 %4.3 % C%C% 6.69%6.69% 白口铸铁白口铸铁2.11%2.11% C%C% 6.69%6.69%133.2 Fe-C合金平衡结晶过程合金平衡结晶过程工业纯铁共析钢 过共析钢亚共析钢 共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁合金典型分类：合金典型分类：141工业纯铁工业纯铁 (C%0.0218%） 工业纯铁结晶过程示意图15L-L+- - + F- F-F+Fe3CIII相组成

10、物：相组成物： F+Fe3C C%0.0008% F C%0.0008%相相对量：相相对量： F%= Fe3CIII%= 组织组成物：组织组成物：F和和Fe3CIII16工业纯铁组织金相图工业纯铁组织金相图172共析钢共析钢 (C%=0.77%)18L L+A A A+P P相组成物：相组成物：F和和Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物组织组成物 ： P P%=100%19共析钢室温平衡状态显微组织共析钢室温平衡状态显微组织低倍放大低倍放大高倍放大高倍放大20共析钢组织金相图共析钢组织金相图21L L+A A A+P P相组成物相组成物：F和Fe3C组织组成物组织组成物 ： P 组织转变

11、组织转变：组织相对含量组织相对含量：P=100%相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X1=0.77%）共析钢结晶过程示意图共析钢结晶过程示意图共析钢共析钢 (C%=0.77%） -小结小结2223X13亚共析钢亚共析钢 (0.0218%C%0.77% ) LL+A A A+F A+P+F P+F相组成物：相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量：F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：F、P组织相对量：组织相对量：P%= F%= PX1SQX1K2445#金相PF亚共析钢室温平衡状态显微组织亚共析钢室温平衡状态显微组织25亚共析钢组织金相亚共析钢组织金相图图26相组成物相组成物：F

12、和Fe3C组织组成物组织组成物 ： F+P 组织转变组织转变：亚共析钢（亚共析钢（0.0218% C% 0.77%）-小结小结(不同不同C%亚共析钢？亚共析钢？) L L+A A A+F A+F+P F+P相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X1=0.0218-0.77%）组织相对含量组织相对含量：P%=F%=亚共析钢结晶过程示意图亚共析钢结晶过程示意图27亚共析钢室温平衡状态显微组织亚共析钢室温平衡状态显微组织0.15%C0.4%C0.77%C0.7%C28294过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11% ) LL+AAA+Fe3CIIA+P+Fe3CIIP+Fe3CII相组成物：相组

13、成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：P，Fe3CII组织相对量：组织相对量：Fe3CII%= P%= QX1KSX1K30T12钢金相PFe3CII过析钢室温平衡状态显微组织过析钢室温平衡状态显微组织31过共析钢组织金相过共析钢组织金相图图32相组成物相组成物：F和Fe3C组织组成物组织组成物 ： Fe3CII+P 组织转变组织转变： L L+A A A+Fe3CII A+Fe3CII+P Fe3CII+P组织相对含量组织相对含量：Fe3CII%=P%=相相对含量相相对含量：F%=Fe3C%=（X=0.77-2.11%）过共析钢结晶过程示意图过共析钢结晶过程示意图

14、过共析钢过共析钢(0.77%C%2.11% ) -小结（不同小结（不同C%过共析钢？）过共析钢？） 33过共析钢室温平衡状态显微组织过共析钢室温平衡状态显微组织硝酸硝酸+酒精酒精 腐蚀腐蚀碱性苦味酸钠碱性苦味酸钠 腐蚀腐蚀0.9%C1.2%C343545#金相T12钢金钢金相相过共析钢过共析钢亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢比 较365共晶白口铁（共晶白口铁（C%=4.3%） LL+LeLe (A+Fe3C共晶共晶) Le (A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3CII+Fe3C) 相组成物：相组成物：F，Fe3C F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：LeLe%=100%

15、37共晶白口铁金相38 共晶白口铁组织金相共晶白口铁组织金相图图396亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (2.11%C%4.3% )相组成物：相组成物：F，Fe3C相相对量：相相对量：F%= Fe3C%= 组织组成物：组织组成物：P，Le，Fe3CII40亚共晶白口铸铁金相417过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (4.3%C%1154)AE+G（共晶）（共晶）+GI (1154 ) 共晶成分共晶成分LAE+G（共晶）（共晶） (1154 ) 亚共晶成分亚共晶成分LAE+G（共晶）（共晶）+AE初生初生 (1154 ) b. 第第II阶段阶段析出二次石墨析出二次石墨 AA+GII (1154 738 )

16、 c. 第第III阶段阶段共析石墨共析石墨 AsFP+G（共析）（共析） (738 )三、铸铁的石墨化过程三、铸铁的石墨化过程54第第I阶段阶段第第II阶段阶段第第I阶段阶段第第I阶段阶段第第III阶段阶段55附：举例：亚附：举例：亚共晶铸铁共晶铸铁(3.0%)稳定平稳定平衡转变示意图衡转变示意图561按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁。按石墨化各阶段进行的程度不同，得到不同组织的铸铁。四、铸铁的组织和分类四、铸铁的组织和分类名称名称第一阶段第一阶段（液相析出）（液相析出）第二阶段第二阶段（A中析出）中析出）第三阶段第三阶段（共析析出）（共析析出）显微组织显微组织灰口铸铁灰口铸铁

17、 充分（充分（AE+G)充分（充分（AE+G)充分（充分（AE+G) 充分（充分（As+G)充分（充分（As+G)充分（充分（As+G) 充分充分(F+G) 部分部分(F+P+G) 不进行不进行 F+GF+P+GP+G 麻口铸铁麻口铸铁 部分（部分（AE+G+Le) 部分（部分（As+G+Le) 不进行不进行 P+Le+G 白口铸铁白口铸铁 不进行不进行 不进行不进行 不进行不进行 P+Le+Fe3C 石墨化程度石墨化程度572接石墨形态分类接石墨形态分类 a. 灰口铸铁灰口铸铁 片状石墨片状石墨b. 球墨铸铁球墨铸铁 球状球状c. 可锻铸铁可锻铸铁 团絮状团絮状d. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 蠕虫状

18、蠕虫状58 a. C、Si强烈促进石墨化强烈促进石墨化 P 促进石墨化微弱，提高铸铁流动性，促进石墨化微弱，提高铸铁流动性，(Fe3P) 碳当量：碳当量：CE=C+1/3(Si+P) b. S、Mn S: 阻碍石墨化，热脆阻碍石墨化，热脆 Mn: Mn +SMnS 削弱硫的危害削弱硫的危害 c. 合金元素合金元素 Cr、W、Mo、V 与与C亲合力强，阻碍石墨化亲合力强，阻碍石墨化 Al、Cu、Ni、Co增加增加Fe自扩散能力，促进石墨化。自扩散能力，促进石墨化。五、影响石墨化过程的因素五、影响石墨化过程的因素1化学成分化学成分 C Si Mn S P Me2冷却速度冷却速度冷却速度降低，促进石

19、墨化。冷却速度降低，促进石墨化。59六、石墨形态对铸铁性能的影响六、石墨形态对铸铁性能的影响石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体的有石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体的有效截面积，并引起效截面积，并引起应力集中应力集中； 倾向：片状石墨团絮状石墨球状石墨；石墨在组织中是软相石墨在组织中是软相,引起引起强度、塑性强度、塑性改变；改变； 蠕墨、可锻、球墨铸铁中石墨对基体割裂作用小，强度、塑性较高。 变质处理变质处理使石墨细化，割裂作用减轻，强度提高。603.5 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变61A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm62 加热时由铁素

20、体+渗碳体转变为奥氏体的过程。 涉及晶格改组和Fe、C原子的扩散过程。 遵循形核、长大规律。2共析钢奥氏体化温度共析钢奥氏体化温度 Ac1温度。 一、共析钢的奥氏体化一、共析钢的奥氏体化1奥氏体化奥氏体化63F FFe3CFe3C未未溶溶Fe3C未未溶溶Fe3CA A残残余余Fe3C残残余余Fe3CA AAA AA形形核核A长长大大残残余余Fe3C溶溶解解A 均均匀匀化化64a. 形核：优先在相界形核：优先在相界F，Fe3Cb. 长大：长大：c. 渗碳体完全溶解：渗碳体完全溶解：d. 碳的均匀化：碳的均匀化：3共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)

21、 A (Fcc, 0.77)示意65二、亚二、亚(过过)析钢的奥氏体化析钢的奥氏体化亚析钢亚析钢过析钢过析钢P + F AP+ Fe3C AAc1Ac3Ac1Accm66三、影响奥氏体化的因素三、影响奥氏体化的因素1加热温度加热温度 TA化速度 (因为过热度、D、形核孕育期 ）V 转变开始温度，转变时间；V ，转变时间 ，接近平衡转变2加热速度加热速度673含碳量含碳量 C% Fe3C / Fe3C界面多形核核心多转变快4合金元素合金元素 a. Cr、Mo、W、 Mn 、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，形成碳化物，阻碍碳扩散， 奥氏体形成速度 ； b. Co、Ni非碳化物形成元素，奥氏形成速度

22、； c. Al、Si影响不太。5原始组织原始组织 片状，片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散距离短奥氏体形核长大快 ； 片状 粒状。68四、奥氏体晶粒大小及控制四、奥氏体晶粒大小及控制 表征晶体内晶粒大小的量度，通常用长度、面积、体积或晶粒度级别表示。1晶粒度晶粒度692起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度 本质晶粒度本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。 奥氏体晶粒随温度的升高而迅速长大本质粗晶钢 奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大本质细晶钢 （见下图） 起始晶粒度起始晶粒度：P A结束时的晶粒度； 实际晶粒度实际晶粒度：钢在某一具体处理过程中所得奥氏

23、体晶粒的大小；70本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）713奥氏体晶粒度的控制奥氏体晶粒度的控制a. 加热工艺加热工艺 合理的加热温度（见下图）与保温时间。b. 钢的成分钢的成分合金化合金化 i. A中C%晶粒 ii. 合金元素% 晶粒 碳化物形成元素碳化物形成元素：形成稳定碳化物阻碍扩散，细化晶粒； Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率 且C扩散受阻本质细晶钢； Mn 、P等等：促进长大。72731.1.奥氏体晶粒均匀细小奥氏体晶粒均匀细小, ,热热处理后钢的力学性能提高。处理后钢的力学性能提高。2.2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工

24、件产生较大的变形容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。甚至开裂。奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响744.6 钢在冷却过程中的组织转变钢在冷却过程中的组织转变1 连续处理 2 等温处理 过冷奥氏体的连续冷却转变 影响C曲线的因素 过冷奥氏体的等温转变 75A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm76共析钢等温转变图（共析钢等温转变图（C曲线）曲线）（a）不同等温下的等温转变动力学曲线（b）等温转变图（C曲线）一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变1共析钢过冷共析钢过冷A等温转变曲线等温转变曲线（TTT图、C曲线）获得获得：冷却

25、到一定温度，保温，测量A过冷转变开始和终了时间T - timeT - temperatureT - transformationC - Shape77共共析析碳碳钢钢TTT 曲曲线线建建立立过过程程示示意意图图时时间间(s)3001021031041010800-100100200500600700温温度度()0400时时间间(s)3001021031041010800-100100200500600700温温度度()04003001021031041010800-100100200500600700温温度度()04001021031041010800-100100200500600700温温

26、度度()0400800-100100200500600700温温度度()0400A178特点：特点：i. A1（727度）以上：A稳定ii. A1 （727度）以下：过冷A不稳定，iii. C曲线有一最小孕育期（550度）： 1：T，AP的驱动力提高 2：TDiiii. 转变开始线与转变终了线79稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产物区产物区230 - 50; 低温转低温转变区变区; 非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)300102103104

27、1010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf550230;中温转变中温转变区区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变; P 转变区。转变区。 A +产产 2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征80A1鼻子温度（鼻子温度（550）A过冷过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。）索氏体，屈氏体。 P的形成取决于形核、长大速率。的形成取决于形核、长大速率。 T，形核，长大。 T600，D，长大慢 层间距薄、短 扩散型相变，综合性能好扩散型相变，

28、综合性能好。 HB较低，韧性好。 THB，强度（1）高温转变区）高温转变区 P S T81A1650 : P ; 525HRC; 片间距为片间距为0.60.7m ( 500 )。650600 : 细片状细片状P-索氏体索氏体(S); 片间距为片间距为0.20.4m (1000);2536HRC。600550:极细片极细片状状P-屈氏体屈氏体(T); 片间片间距为距为0.2m ( 电镜电镜 );3540HRC。82珠珠 光光 体体 形形 貌貌 像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌83光镜形貌电镜形貌 索索 氏氏 体体 形形 貌貌 像像84 屈屈 氏氏 体体 形形 貌貌 像像电镜形貌光镜形

29、貌85（2）中温区转变）中温区转变贝氏体转变贝氏体转变 550230 （Ms）A过冷过冷B，碳化物分布在含过饱和碳的，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物。基体上的两相机械混合物。550350上贝氏体上贝氏体半扩散型，半扩散型，Fe不扩散不扩散羽毛状羽毛状（见下图）（见下图）碳化物在碳化物在F间，韧性差间，韧性差350Ms 下贝氏体下贝氏体 C原子有一定原子有一定的扩散能力的扩散能力 针状针状 （见下图）（见下图）碳化物在碳化物在F内，韧性高，内，韧性高，综合机械性能好综合机械性能好 B上B下86B上上 =过饱和碳过饱和碳 -Fe条状条状+ Fe3C细条状细条状过饱和碳过饱和碳-F

30、e条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状B下下 =过饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状 + Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状87上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图88a. 转变产物：转变产物： 马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。 使-Fe 晶格发生变化。b. 实实 质：质： T低C无法扩散非扩散性晶格切变(见下图)过饱和C的铁素体。c. M转变的特征：转变的特征： 无扩散性； 瞬时性； 存在Ms,Mf； 不完全性； 体积膨胀。（3）低温区转变）低温区转变 马氏体转变，马氏体转变，MSMf之间一

31、个温度范围内连续冷却完成的，之间一个温度范围内连续冷却完成的，属于非扩散型转变。属于非扩散型转变。 A过冷过冷M+A残余残余89 由于碳的过饱和作用由于碳的过饱和作用, ,使使FeFe晶格由晶格由体心立方体心立方变成体心正方晶格。变成体心正方晶格。90奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.00温度Wc 1006007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.00600700

32、5003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.00温度Wc 100MsMsMfMf91奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100残余奥氏体量( % )90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100残余奥氏体量90805070406020301000.60.90.80.71.0

33、0.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100残余奥氏体量( % )92d. M的组织形态的组织形态板条状板条状 - 低碳马氏体低碳马氏体(0.23%C ); 3050HRC ; = 917%。C%1.0%，针，针/片状马氏体片状马氏体M针针93针、片状针、片状 - 高碳马氏体高碳马氏体(1.0%C); 66HRC左右左右 ; 1%。 高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图94e. M的性能的性能马氏体的碳浓度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉

34、强度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200主要取决于马氏体中的碳浓度。主要取决于马氏体中的碳浓度。953共析钢等温转变组织共析钢等温转变组织性能的关系性能的关系 转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑性、韧性提高。 B上（羽毛状）：强度、韧性差； B下（针状） ：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能。 硬度高C%HRC 针/片状马氏体（高C% ），硬而脆，塑、韧性差； 板条状（低C% ） ，强度高，塑性、韧性好。（1）珠光体型）珠光体型（2）贝氏体）贝氏体（3）马氏体）马氏体964亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线在C曲线左端多

35、一条曲线。 亚：先析出F， 过：先析出Fe3C碳含量对碳钢C曲线的影响97二、影响二、影响C曲线的因素曲线的因素 C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。学成分和加热时的状态。 C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性能具有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。能具有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。 A中中C%C曲线右移曲线右移. 对亚共析钢对亚共析钢：钢中：钢中C%，A中中C%C曲线右移曲线右移

36、 对过共析钢对过共析钢：一般在：一般在AC1以上以上A化，钢中化，钢中C%，未溶，未溶Fe3C 有利于形核有利于形核C曲线左移；曲线左移； 当温度超过当温度超过Accm时，时， Fe3C全溶解，全溶解， C曲线右移曲线右移 共析钢共析钢：C曲线最靠右边，稳定性最高，孕育期最长。曲线最靠右边，稳定性最高，孕育期最长。1含碳量含碳量下图：碳含量对碳钢下图：碳含量对碳钢C曲线的影响曲线的影响98碳含量对碳钢碳含量对碳钢C曲线的影响曲线的影响过过 共共析析 钢钢过过 共共析析 钢钢共共 析析钢钢共共 析析钢钢亚亚 共共析析 钢钢亚亚 共共析析 钢钢时 间温度A1时 间温度A1温度A199除除Co以外，

37、所有合金元素溶入以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷中，增大过冷A稳定性稳定性C曲线右移曲线右移 非碳化物形成元素，非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不改变不改变C曲线形状，使右移曲线形状，使右移 强碳化物形成元素，强碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改变改变C曲线形状并右移曲线形状并右移除除Co、Al 外，均使外，均使Ms、Mf 下降，残余下降，残余A2合金元素，（合金元素，（Co%左移）左移）（见下图见下图） A化温度化温度或加热时间或加热时间（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）核率降低）A稳定性稳定性，孕育期延长，孕育期延

38、长，C曲线右移曲线右移3加热温度和加热时间加热温度和加热时间100合金元素对碳钢合金元素对碳钢C曲曲线的影响线的影响（a）Ni的影响的影响（b）Cr的影响的影响（c）W的影响的影响A1Ms含含Cr合金钢合金钢MsA1向右移向右移向下移向下移除除Co、Al (2.5% ) 外外,所有所有合金元素溶入奥合金元素溶入奥氏体中，会使氏体中，会使:101三、过冷奥氏体的连续冷却转变三、过冷奥氏体的连续冷却转变 （CCT曲线）Ps：AP开始线开始线Pf：AP终止线终止线K：珠光体型转变终止线：珠光体型转变终止线Vk：上临界冷却速度（马氏体临界：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）冷却速度）M最小冷速最小冷

39、速Vk：下临界冷速：下临界冷速完全完全P最大冷速最大冷速1过冷奥氏体的连续冷却转变图过冷奥氏体的连续冷却转变图C - continuousC - coolingT - transformation102（1）CCT位于位于TTT曲线右曲线右下方下方 ，AP转变温度低转变温度低一些，一些，t长一些长一些（2）CCT无无AB转变转变 CCT测定困难，常用测定困难，常用TTT曲线定性分析曲线定性分析2连续冷却转变曲线和等连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较温转变曲线的比较103（1）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。（2）为了获得）为了获得M，确定

40、工件淬火时的临界冷速。，确定工件淬火时的临界冷速。（3）可以指导连续冷却操作。）可以指导连续冷却操作。（4）选择钢材的依据。钢号不同，）选择钢材的依据。钢号不同，C曲线不同。曲线不同。（5）C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。3C曲线的应用曲线的应用V1 ：炉冷（退火）：炉冷（退火） PV2 ：空冷，：空冷，S，TV3：空冷，：空冷，S，TV4：油冷，：油冷，T+M+AV5 ：M+A稳稳定定的的奥奥氏氏体体区区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf稳稳定定的的奥奥氏氏体体区区时间(

41、s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf稳稳定定的的奥奥氏氏体体区区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400800-100100200500600700温度()0400A1MsMfV1V1V2V2VkVkV3V3V4V4V1 = 5.5/s :炉炉冷冷; PV2 = 20/s :空空冷冷; SV3 = 33/s :油油冷冷;T+M+A残残V4 138/s :水水冷冷; M+A残残104共析钢的等温转变和连续转变曲线的比较及转变组织105作业：作业：术语：石墨化，珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒度术语：石墨化，珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒度简答题简答题：1、碳在、碳在Fe-C合金中有哪些存在方式？合金中有哪些存在方式？2、