中级焊工理论课件1-2 金属学及热处理基础知识-钢的热处理基本理论

中级第一章金属学及热处理基础知识焊工第二节：钢的热处理基本理论焊工·中级2.1钢在加热时的组织转变2.2钢在冷却时的组织转变1.2Fe—Fe3C相图构造及应用1.2.2Fe—Fe3C相图应用对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏。对锻造：确定锻造温度。对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。对热处理：相图更为重要，为工艺参数确定提供依据。对选材：为根据零件性能选材提供重要工具。图15-2Fe-Fe3C相图与铸、煅工艺的关系2.1钢在加热时的组织转变A1、A3、Acm各临界点温度是在极其缓慢加热和冷却条件下得到的。在实际生产中，固态相变时都有不同程度的过热度或过冷度（见右图）。为便于区别，将加热时各临界点用ACl、AC3、ACcm表示，冷却时各临界点用Arl、Ar3、Arcm表示。图15-3钢在加热和冷却时各临界点的位置2.1钢在加热时的组织转变2.1.1钢在加热时奥氏体的形成以共析钢为例，当加热到AC1以上时，发生珠光体向奥氏体的转变（即奥氏体化）过程可分为三个阶段：

（1）奥氏体晶核的形成和长大（2）剩余渗碳体的溶解（3）奥氏体均匀化

当加热到AC1线稍上时钢中的珠光体向奥氏体转变，亚共析钢和过共析钢只有分别加热到AC3或ACCm温度以上，保温足够时间，才能获得成分均匀的单相奥氏体。2.1钢在加热时的组织转变2.1.2影响奥氏体形成的因素（1）加热温度的影响。温度升高，奥氏体形成速度加快，残余渗碳体完全溶解和奥氏体均匀化时间就短。（2）原始组织的影响。在其他条件相同时，细片状珠光体的奥氏体形成速度比粗片状快，细小球状珠光体奥氏体化速度比粗大球状快。（3）化学成分的影响。钢中碳含量越高，奥氏体化速度越快。钢中加入合金元素不改变奥氏体化过程，但要改变奥氏体化温度，且影响奥氏体化速度。

2.1钢在加热时的组织转变2.1.3奥氏体的晶粒度定义：将钢加热到相变点以上某一温度，并保温给定时间，所得到的奥氏体晶粒的大小。晶粒大小分为8级，1~4级为粗晶粒，5~8级为细晶粒，超过8级为超细晶粒。奥氏体晶粒粗大，钢的强度、塑性、韧性较低;加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效果和钢的性能有重要的意义2.1钢在加热时的组织转变2.1.4影响奥氏体晶粒大小的因素影响奥氏体晶粒大小的因素：（1）加热温度过高易使奥氏体晶粒长大（2）保温时间延长会使奥氏体晶粒粗大（3）钢中碳的质量分数增加会促使奥氏体晶粒长大（4）钢中合金元素锰能促使奥氏体晶粒长大，而钒、钛、钨、钼等元素则阻止晶粒长大。控制奥氏体晶粒长大的措施：（1）合理选择加热温度和保温时间

（2）采用快速加热和短时间保温

（3）加入一定量合金元素（除锰、磷外）2.2钢在冷却时的组织转变2.2.1过冷奥氏体的等温转变

定义：过冷奥氏体指共析温度（A1）下开始转变，处于不稳定状态的奥氏体。过冷奥氏体有等温转变和连续冷却转变两种冷却转变方式（见右图）。图15-4不同冷却方式示意图2.2钢在冷却时的组织转变2.2.1过冷奥氏体的等温转变以共析钢为例，介绍等温转变曲线及转变产物。

（1）过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）左边曲线为过冷奥氏体转变开始线，右边曲线为过冷奥氏体等温转变终了线。A1线以上是奥氏体稳定区；A1线以下，转变开始线的左边为过冷奥氏体区，转变终了线的右边是转变产物区，转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产物共存区。图15-5共析钢过冷奥氏体等温转变曲线2.2钢在冷却时的组织转变（1）过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期。在C曲线拐弯的“鼻尖处”（约550℃），孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。水平线MS为马氏体转变开始线（约230℃），水平线Mf为马氏体转变终了线（约－50℃）。A：残余奥氏体，即淬火冷却到室温后残留的奥氏体。图15-5共析钢过冷奥氏体等温转变曲线2.2钢在冷却时的组织转变（2）过冷奥氏体等温转变的组织和性能珠光体型转变（A1～550℃）贝氏体转变（550℃～MS）组织名称符号转变温度（℃）显微组织特征硬度（HRC）珠光体PA1~650粗片状混合物＜25索氏体S650~600细片状混合物25~35托氏体T600~550极细片状混合物35~40组织名称符号转变温度（℃）显微组织特征硬度（HRC）上贝氏体B上550~350羽毛状40~45下贝氏体B下350~Ms黑色针叶状45~552.2钢在冷却时的组织转变（2）过冷奥氏体等温转变的组织和性能马氏体型转变（Ms～Mf）组织名称符号转变温度（℃）显微组织特征硬度（HRC）马氏体MMs～Mf针状（板条状）62~65（40左右）（3）亚共析钢和过共析钢的等温转变由于亚共析钢和过共析钢的碳含量低于或高于共析成分，当过冷奥氏体在C曲线“鼻尖”上部区域等温时，亚共析钢先析出铁素体，然后进行珠光体转变，得到铁素体和珠光体组织；同理，过共析钢先析出渗碳体，然后进行珠光体转变，得到渗碳体和珠光体组织。2.2钢在冷却时的组织转变（4）影响C曲线形状和位置的因素1）碳的质量分数的影响。亚共析钢的C曲线，随碳的质量分数的增加向右移；过共析钢的C曲线，随碳的质量分数增加向左移；共析钢过冷奥氏体最稳定。2）合金元素的影响。除钴以外，其他合金元素溶入奥氏体后，都使C曲线右移。3）加热温度和保温时间的影响。温度越高，时间越长，C曲线越向右移。2.2钢在冷却时的组织转变2.2.2过冷奥氏体的连续冷却转变共折钢连续冷却时，根据冷却速度曲线V1、V2、V3、V4与C曲线相交的位置，可估计连续冷却转变的产物。V1在A1以下温度转变为粗状珠光体组织，

V2相当于在空气中的冷却速度，转为索氏体；

V3相当于油中冷却速度，得到马氏体和托氏体混合组织；

V4相当于在水中冷却，不与C曲线相交，得到马氏体和残余奥氏体。马氏体临界冷却速度Ｖk：与冷却曲线相切，称临界冷却速度，是获得全部马氏体转变的最小冷却速度。图15-6过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用2.2钢在冷却时的组织转变2.2.2过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织与性能见下表：冷却速度速度值相当于冷却条件转变产物符号硬度V1炉冷珠