兰理工金属材料及热处理课件09金属材料在加热与冷却过程中的主要变化

第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性4.1金属材料加热与冷却过程中的主要变化一、钢材加热时奥氏体的形成F+Fe3C（P）→A（奥氏体）步骤：★A形成：在F/Fe3C界面上形核（T＞A1）。★A长大：α-Fe→γ-Fe的晶格改组+Fe3C的溶解。★残余Fe3C溶解：滞后于A的形成。★A的均匀化：成分的扩散均匀。图3-20

转变共析钢中的珠光体向奥氏体示意图说明：非共析钢（F+P或Fe3C+P），除P→A外，尚有F或Fe3C溶入A。由于转变滞后（△T），加热时需达到Ac1，

Ac3，Accm；冷却时Ar1，Ar3，Arcm。加热速度v↑，△T↑，P→A转变越快，孕育期↓，奥氏体形成所需时间越短。P→A刚完成时为细小等轴晶，随后逐渐晶粒长大。工程应用：①

钢材锻造在奥氏体相区进行。②

钢材热处理的必要步骤。③

许多化学热处理在高温奥氏体相区进行。图3-21

加热和冷却时相图各临界点的位置图3-22

奥氏体转变量与温度、时间的关系二、钢材冷却时内部组织的变化冷却方式：等温冷却连续冷却关键：奥氏体在什么温度下进行组织转变⑴共析碳钢的等温转变过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）图三区域：★过冷A区★转变区★转变完成区以获得不同的组织与性能时间温度加热保温图3-23热处理工艺曲线示意图12图3-24

共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线高温转变区（A1～550℃）

：珠光体转变区（P区）为片层状组织，转变温度越低、片层越细。★珠光体：A1～650℃★索氏体：650～600℃★屈氏体：600～550℃珠光体索氏体屈氏体图3-25珠光体型转变产物金相组织

中温转变区（550～Ms）：贝氏体转变区（B区），Fe不能扩散，C的扩散能力↓，形成α（过饱和铁素体）和Fe3C的非片层状组织。★上贝氏体：550～350℃羽毛状★下贝氏体：350～240℃针状性能好（强韧性高）上贝氏体转变过程下贝氏体转变过程图3-26贝氏体的转变过程

下贝氏体形貌上贝氏体形貌图3-27贝氏体金相组织

低温转变区（Ms～Mf）：马氏体转变区（M区），无扩散相变，成分不变、形成极度过饱和的α固溶体（马氏体）。一般转变不完全，形成部分残余奥氏体。★板条M：Wc＜0.20%，强度高兼有一定韧性。★针状M：Wc＞1.0%，硬而脆。板条马氏体形貌片状马氏体形貌图3-28马氏体金相组织

⑵C曲线的基本类型非共析钢，增加一条先共析相析出线A→F或A→Fe3C。添加合金元素：①一般使C曲线右移，过冷奥氏体稳定性↑。②可使P区与B区分离，形成双鼻尖的曲线。图3-29

亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较

（a）亚共析钢；（b）共析钢；（c）过共析钢图3-30

奥氏体等温转变曲线的基本类型示意图⑶过冷奥氏体连续转变曲线共析碳钢：炉冷—珠光体；空冷—索氏体；风冷—屈氏体；油冷—屈氏体+马氏体；水冷—马氏体。★冷速↑，越易得到极端不平衡组织（硬化组织）即马氏体、贝氏体等。★合金钢因合金元素作用，更易得到硬化组织。图3-31

共析钢的连续冷却速度对其组织与性能的影响kk´三、钢材硬化后的回火转变回火转变本质：不稳定的组织状态较为稳定的组织状态（回火组织）。种种不稳定性：残余奥氏体不应存在马氏体、贝氏体中有过饱和碳要分解、析出要转变（M）α相严重畸变等轴晶FFe3C等碳化物很细小内应力存在不同温度、不同时间，完成的程度不同，得到不同回火组织与性能。长大、聚集消除回火组织分类：★回火马氏体（250～300℃）★回火屈氏体（300～500℃）★回火索氏体（500～650℃）回火类型回火温度组织性能及应用组织形态低温回火150～250回火M（M’）保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件过饱和a-Fe+ε

碳化物中温回火350～500回火屈氏体（T’）硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度↑，用于弹性元件保留马氏体针形F+细粒状Fe3C高温回火500～650回火索氏体（S’）强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。多边形F+粒状Fe3C不同回火类型的比较图3-32

钢回火后的组织说明：①一般回火温度＜＜A1