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工程材料学第四章 钢的热处理及材料改性
羽毛状 下贝氏体:大约在C曲线350℃至MS点温度范围内
黑色针片状 贝氏体组织:是由含碳过饱和的F与渗碳体组成的两相 混合物。
A转变成B包含――晶格改组和碳原子扩散,铁原子 只能做很小的位移。
B组织的性能: B上和B下比较,B下具有较高的
硬度和耐磨性,韧性和塑性均高 于B上。 等温淬火--B下组织。
过冷A连续冷却转变曲线CCT)
(1)、过冷奥氏体的等温转变曲线
过冷奥氏体(A)的概念:
加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后,A处于不稳定状 态,并不立即发生转变,而是经过一个孕育期后才开始转变 。
A1线下,处于不稳定状态的A, “过冷A”
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
共析钢由A冷却到750ºC,并经不同等温时间再水冷到的显微组织,亮白色 是M(过冷A转变所生成),黑色是A等温转变产物(A 冷 >P)。
马氏体型转变――低温转变 Ms Mf 马氏体类型组织形态:由高温A中C%和冷却速度确定
C在α―Fe中过饱和固溶体 板条马氏体:呈细小的板条状 C%↓ αK↑ 图4-8 针状马氏体:呈双凸透镜状 C%↑ 微裂纹 残余A:未转变的过冷A。
(4)、影响C曲线的因素 C% 影响 先析出线 C曲线 Ms点 合金元素 C曲线→ Ms点↓
(5)、过冷A的连续转变曲线(CCT)
PS:A→P开始线 Pf:A→P终止线 K:珠光体型转变终止线 Vk:上临界冷却速度(马氏体临界冷却速度)→M最小冷速
连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较 (1)CCT位于TTT曲线右下方 A→P转变温度低一些,t长一些 (2)CCT无A→B转变 C曲线的应用 (1)根据工件要求,确定热处理工艺。 (2)确定工件淬火时的临界冷速。 (3)可以指导连续冷却操作 V1:炉冷(退火) P V2: 空冷,S,T V3:空冷,S,T V4:油冷,T+M+A' V5 :M+A' (4)选择钢材的依据 (5)C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。
(3)、过冷A等温转变产物的组织与性能
珠光体型转变――高温转变
A过冷到A1线以下后,在A晶界处形成渗碳体晶核,然后渗碳体片不 断分枝,并且向A晶粒内部平行长大,与它相临的A的C%不断降低,促 使部分A转变为F,形成了由层片状渗碳体与F组成的P。
随过冷度的增加,P中F和渗碳体的片间距离越来越小。
①过冷度较小时,获得片层间距离较大的珠光体组织,“P”;
T超过Acm点后,过共析碳钢的A化全部结束,获取单 一的A组织。
2.钢在冷却时的组织转变
冷却的方式:
连续冷却 A状态 以不同的冷却速度 连续冷却到室温
等温冷却 A状态 快速冷却到低于Ar1某一温度 等温 组 织转变
冷却方法 随炉冷却 空气冷却 油中冷却 水中冷却
45钢经840℃加热后,不同条件冷却后的机械性能
且Fe3C的溶解速度远比F转变A晶格速度慢得多 。
奥氏体的均匀化――残余渗碳体全部溶解后, 原子不断扩散,A中的含碳量逐渐均匀。
(2)、影响A晶粒的因素 A的晶粒度 晶粒度:是表示晶粒大小的尺度。
奥氏体大小对钢机械性能的影响
A晶粒越细, 热处理后机械性能好, 特别是冲击韧性高, 希望获得细小而均匀的A晶粒。 过热的概念:温度过高A晶粒会长大(粗化), 粗化的晶粒 降低材料的机械性能。
σb,MN/m2 530
σs,MN/m2 280
δ,% 32.5
670~720
340
15~18
900
620
18~20
1100
720
7~8
பைடு நூலகம்
ψ,% 49.3 45~50
48 12~14
HRC 15~18 18~24 45~60 52~6
同种钢,加热相同,采用不同的冷却条件,钢的机械性能不 同。
非平衡冷却 过冷A等温转变曲线(TTT)和
奥氏体化过程:晶格的改组+铁,碳原子扩散
晶格的改组――BCC(F)+复杂(Fe3C) ――FCC(A)
铁,碳原子扩散――0.0218%(F)+6.69%( Fe3C)――0.77%(A)
A化过程――分成四个阶段:
A晶核的形成和长大――A晶核是在F与Fe3C的界 面形成。
残余渗碳体的溶解――A吞吃F转变为A晶格结构 ,溶解Fe3C补充含碳量,
(2)、过冷奥氏体等温转变曲线的分析 转变开始线:由过冷奥氏体(A)开始转变点连接起来的线; 转变终了线:由转变终了点连接起来的线; A稳定区域 :A1以上是奥氏体稳定区域; 过冷A区域 :A1以下是转变开始以左的区域; 转变产物区:A1以下是转变终了线以右和Ms点以上的区域; 过冷A与转变产物共存区:转变开始线和转变中了线之间。 孕育期 C曲线 鼻尖 A最不稳定 共析碳钢的过冷A在三个不同温度区间,发生三种不同的转变 珠光体——A1点到C曲线鼻尖区间,转变产物是P,又称珠光体型转变; 贝氏体——C曲线鼻尖到Ms点区间,转变产物是B,又称贝氏体型转变; 马氏体——Ms点以下,转变产物是M,又称马氏体型转变。
第四章 金属热处理及材料改性
Steel Heat Treatment
一、钢的热处理原理 二、钢的退火与正火 三、钢的淬火 四、钢的回火 五、钢的表面热处理
一.热处理原理
1.钢在加热 时的组织转变
加热与冷却时钢的临界点位置
从Fe-Fe3C相图分析,碳钢在缓慢加热或冷却过程中, PSK --A1线, 平衡临界点 GS --A3线 ES――Acm 例:S点, 冷却到S点温度时A 转 化> P,
②过冷度梢大时,获得片层间距离较小的珠光体组织,又称索氏体 ,“S”;
③过冷度更大时,获得片层间距离更小的珠光体组织,又称屈氏体 ,“T”;
珠光体的性能:P的性能取决于片层间的距离,片层间距离越小↓,塑性变 形,抗力能力↑,强度,硬度越高↑。
贝氏体型转变――中温转变 上贝氏体:大约在C曲线鼻尖至350℃范围内
加热到S点时P 转 化> A
实际生产中,选用较大的过冷度和加热度,碳钢不可能恰好在平衡临 界点上发生转变; 加热和冷却速度越大,组织转变点偏离平衡临界点也越大。 实际加热 临界点 Ac1,Ac3,Accm表示,
冷却 临界点 Ar1, Ar3,Arcm表示。
(1)、共析钢的A化过程
钢在热处理时, 加热到A1以上温时,开始了P 转 化 > A,由 加热获得的A组织。
(3)、亚、过共析钢加热A化
亚共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A,
Ac1-Ac3点升温过程中, 共析铁素体F 转 化> A,
T到达Ac3点时,亚共析钢A化过程会结束,获取单一 的A组织。
过共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A, 在Ac1-Acm升温过程中,先共析Fe3CⅡ 转化>A,