钢的热处理原理资料.pptx

第九章第九章钢的热处理原理钢的热处理原理本章目的：本章目的：1阐明钢的热处理的基本原理；阐明钢的热处理的基本原理；2揭示钢在热处理过程中工艺组织揭示钢在热处理过程中工艺组织性能的变化规律；性能的变化规律；本章重点：本章重点：（1）C曲线的实质、分析和应用；曲线的实质、分析和应用；（2）过冷奥氏体冷却转变及回火转变的）过冷奥氏体冷却转变及回火转变的各种组织的本质、形态和性能特点；各种组织的本质、形态和性能特点；(3)马氏体高强度高硬度的本质马氏体高强度高硬度的本质一一热处理的定义及作用热处理的定义及作用1热处理的定义：金属或合金在热处理的定义：金属或合金在固态固态下于一下于一定介质中定介质中加热加热到一定温度，到一定温度，保温保温一定时间，一定时间，以一定速度以一定速度冷却冷却下来的一种综合工艺。下来的一种综合工艺。TtT保温保温t保温保温V冷却冷却V加热加热 2 热处理工艺曲线热处理工艺曲线 四个重要参数：四个重要参数：V加热加热、T保温保温、t保温保温、V冷却冷却 三个基本过程：加热、保温、冷却三个基本过程：加热、保温、冷却9-1热处理概述热处理概述2热处理的意义及作用热处理的意义及作用意义：意义：应用广泛、应用广泛、效果显著效果显著：汽车零件汽车零件80%；工模具、轴承；工模具、轴承100%例：例：45#钢，钢，840加热，不同方式冷却加热，不同方式冷却冷却方式冷却方式随炉冷却随炉冷却空气冷却空气冷却油冷油冷水冷却水冷却HRC1518182440505260组织组织P+FP+F（少）少）组织细组织细M+PM作用：作用：（1）显著提高材料的显著提高材料的使用性能使用性能 （2）改善）改善加工性能加工性能（切削、热处理）。（切削、热处理）。二二 热处理的条件热处理的条件(1)有固态相变有固态相变(2)加热时溶解度显著变化的合金。加热时溶解度显著变化的合金。+LL+LLL+L+为什么钢能热处理为什么钢能热处理?固态相变固态相变 有相变重结晶有相变重结晶 C溶解度显著变化溶解度显著变化 可固溶强化可固溶强化热处理温度区间：热处理温度区间：A1 T TNJEF 热处理第一步热处理第一步 加热奥氏体化加热奥氏体化LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C铁碳相图铁碳相图10三、固态相变的特点三、固态相变的特点固固态态相相变变是是由由固固相相转转变变为为固固相相。固固态态相相变变的的驱驱动动力力是是新新、旧旧两两相相之之间间的的自自由由能能差差。与与液液态态结结晶晶相相比比，固态相变有着显著不同的特点。固态相变有着显著不同的特点。（一）相变阻力大（一）相变阻力大界界面面能能和和体体积积应应变变能能是是固固态态相相变变过过程程的的阻阻力力，而而液液态态金金属属结结晶晶时时的的阻阻力力只只有有界界面面能能一一项项。此此外外，固固态相变时原子的扩散更为困难。态相变时原子的扩散更为困难。11（二二）新新相相晶晶核核与与母母相相之之间间存存在在一一定定的的晶晶体体学学位位向向关系关系固固态态相相变变时时，为为了了减减小小新新、旧旧两两相相之之间间的的界界面面能能，新新相相与与母母相相晶晶体体之之间间往往往往存存在在一一定定的的晶晶体体学学位位向向关关系系，常常以以低低指指数数、原原子子密密度度大大且且匹匹配配较较好好的的晶晶面面和和晶晶向向相相互互平平行行。并并且且，新新相相往往往往在在母母相相某某一一特特定定晶晶面面上上形形成成，母母相相的的这这个个晶晶面面称称为为惯惯习习面面，这这种种现现象象叫做叫做惯习现象惯习现象。12（三）母相晶体缺陷对相变起促进作用（三）母相晶体缺陷对相变起促进作用固固态态相相变变时时，新新相相晶晶核核往往往往优优先先在在母母相相中中的的各各种种晶体缺陷处（如晶界、相界、位错、空位等）形成。晶体缺陷处（如晶界、相界、位错、空位等）形成。（四）易于出现过渡相（四）易于出现过渡相过过渡渡相相是是一一种种亚亚稳稳定定相相，其其成成分分和和结结构构介介于于新新相相和和母母相相之之间间，是是为为了了克克服服相相变变阻阻力力而而形形成成的的一一种种协协调性中间转变产物。调性中间转变产物。固固态态相相变变一一方方面面力力求求使使自自由由能能尽尽可可能能降降低低，另另一一方面又力求沿着阻力最小、做功最少的途径而进行。方面又力求沿着阻力最小、做功最少的途径而进行。13四、固态相变的类型四、固态相变的类型l扩散型相变扩散型相变在在相相变变过过程程，发发生生成成份份变变化化，两两相相中中的的原原子子要要进进行长程行长程扩散扩散，相变依靠相界面的扩散移动而进行。，相变依靠相界面的扩散移动而进行。l非扩散型相变（切变型相变）非扩散型相变（切变型相变）在在相相变变过过程程，没没有有成成份份变变化化，没没有有原原子子扩扩散散，新新相相的的成成长长是是通通过过晶晶格格的的切切变变和和转转动动进进行行的的，新新相相的的长大速度极快。长大速度极快。l半扩散型相变半扩散型相变介于扩散型和非扩散型之间的相变。介于扩散型和非扩散型之间的相变。9-2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变一一 奥氏体形成的机理奥氏体形成的机理1 奥氏体组织结构和性能奥氏体组织结构和性能 定义：定义：C 及合金元素固溶于面心立及合金元素固溶于面心立方结构的方结构的-Fe 中形成的固溶体。中形成的固溶体。C溶于溶于相八面体间隙中，相八面体间隙中，R间隙间隙=0.535 A R c=0.77A 晶格晶格畸变，并非所有晶胞均可溶碳，畸变，并非所有晶胞均可溶碳，1148 2.5个晶胞溶一个个晶胞溶一个C原子。原子。性能：顺磁性；比容最小；性能：顺磁性；比容最小；塑性好；线膨胀系数较大塑性好；线膨胀系数较大2奥氏体化中成分组织结构的变化奥氏体化中成分组织结构的变化 以共析钢为例以共析钢为例 F +Fe3C A(727)成分成分(C%)0.0218 6.69 0.77结构结构 体心立方体心立方 复杂斜方复杂斜方 面心立方面心立方 说明奥氏体化中须两个过程：说明奥氏体化中须两个过程：C 成分变化成分变化：C 的扩散的扩散 铁铁晶格改组晶格改组：Fe 扩散扩散3奥氏体形成热力学条件奥氏体形成热力学条件热力学条件热力学条件:TA1原因：原因：以珠光体与奥氏体的以珠光体与奥氏体的体积自由能之差来提供驱体积自由能之差来提供驱动力以克服新相晶核的表动力以克服新相晶核的表面能及弹性能面能及弹性能FTFPFAA1 影响过热度主要因素影响过热度主要因素:V加加热热 V加热加热，过热度，过热度T；TT实实际际 存在过热度存在过热度T:T实际实际-T理论理论A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3同理，冷却过程的固态相变需同理，冷却过程的固态相变需过冷度过冷度 钢的热处理中六个重要的温度参数：钢的热处理中六个重要的温度参数：A1 A3 Acm；Ac1 Ac3 Accm 加热过程加热过程 Ar1 Ar3 Arcm 冷却过程冷却过程4 奥氏体形成过程（共析钢）奥氏体形成过程（共析钢）（4）奥氏体中）奥氏体中 C 的扩散均匀化。的扩散均匀化。(万秒万秒)（3）剩余剩余 Fe3C 的溶解；的溶解；(千秒千秒)（2）奥氏体向）奥氏体向 F 及及 Fe3C 两侧长大两侧长大(几百秒几百秒)四个阶段：四个阶段：（1）奥氏体在）奥氏体在FFe3C 界面上形核（界面上形核（10秒）秒）*任何固态相变均需形核与长大过程任何固态相变均需形核与长大过程 *形核需要形核需要“三个起伏条件三个起伏条件”：成分起伏、结构起伏、能量起伏成分起伏、结构起伏、能量起伏 故晶界或缺陷处易形核故晶界或缺陷处易形核5 亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程 亚共析钢：亚共析钢：F+P F+A A 过共析钢：过共析钢：Fe3C+P Fe3C+A A 例：例：球化退火，要求获得粒状珠光体球化退火，要求获得粒状珠光体 要求要求A 中中 C 不均匀不均匀 控制第三、四阶段控制第三、四阶段*奥氏体化的目的奥氏体化的目的：获获成分均匀、晶粒细小成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒的奥氏体晶粒 *实际热处理中实际热处理中 须控制须控制奥氏体化程度奥氏体化程度。三三奥氏体晶粒度及影响因素奥氏体晶粒度及影响因素1奥氏体晶粒度概念奥氏体晶粒度概念奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业上一般上一般分为分为8级级。1-4级粗级粗(0,-1)，5-8级细，级细，8级以上极级以上极细细;计算式：计算式：n=2N-1N：晶粒度级别晶粒度级别n：1平方英寸视场中所包含的平方英寸视场中所包含的平均晶粒数平均晶粒数(100X)。标准晶粒度级别图标准晶粒度级别图奥氏体有三种不同概念的晶粒度奥氏体有三种不同概念的晶粒度(1)初始晶粒度初始晶粒度：奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。通常极细小通常极细小(2)实际晶粒度实际晶粒度：具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小与具体热处理工艺有关：与具体热处理工艺有关：热处理温度热处理温度，时间，时间，晶粒长大。，晶粒长大。与晶粒是否容易长大有关与晶粒是否容易长大有关引入本质晶粒度概念引入本质晶粒度概念（3）本质晶粒度）本质晶粒度 指钢在特定的加热条件下，奥氏体晶指钢在特定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性，分为本质粗晶粒度和粒长大的倾向性，分为本质粗晶粒度和本质细晶粒度。本质细晶粒度。测定方法：加热至测定方法：加热至93010，保温，保温8h，若若A晶粒晶粒1-4 级：级：本质粗晶粒度钢本质粗晶粒度钢，5-8 级：级：本质细晶粒度钢本质细晶粒度钢。关于本质晶粒度概念的要点关于本质晶粒度概念的要点：表征表征该钢种在通常的热处理条件下该钢种在通常的热处理条件下A晶粒晶粒长大的趋势长大的趋势，不代表真实、实际晶粒大小；，不代表真实、实际晶粒大小；本质粗晶粒度钢实际晶粒度并非一定粗大，本质粗晶粒度钢实际晶粒度并非一定粗大，本质细晶粒度钢实际晶粒度并非一定细小本质细晶粒度钢实际晶粒度并非一定细小；而与具体的热处理工艺有关。而与具体的热处理工艺有关。本质晶粒度主要与成分或冶炼条件有关本质晶粒度主要与成分或冶炼条件有关机理：机理：难溶粒子的机械阻碍作用难溶粒子的机械阻碍作用Al脱氧镇静钢脱氧镇静钢含含V、Ti、Nb、Zr钢钢机理：机理：难溶粒子的难溶粒子的机械阻碍作用机械阻碍作用例如：例如：AlN、VN、TiN、NbN、ZrN本质细晶粒钢本质细晶粒钢本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢 是确定热处理工艺参数以及热处理质是确定热处理工艺参数以及热处理质量的重要依据量的重要依据 “过热过热”：热处理加热中：热处理加热中A晶粒显著粗晶粒显著粗化化 本质粗晶粒钢：须严格控制加热本质粗晶粒钢：须严格控制加热T、t 需热处理件尽可能选择本质细晶粒钢需热处理件尽可能选择本质细晶粒钢2影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间加热温度和保温时间T、t，A晶粒长大；晶粒长大；T的影响远大于的影响远大于t12501050 900 保温时间保温时间 t晶晶粒粒度度加热速度加热速度常规加热速度下影响不大常规加热速度下影响不大快速加热，短时保温的超细快速加热，短时保温的超细化工艺如高频加热，激光加热等化工艺如高频加热，激光加热等成分成分强烈阻碍强烈阻碍：Al、V、Ti、Zr、Nb原因：机械阻碍理论原因：机械阻碍理论形成难溶碳、氮化物形成难溶碳、氮化物中等阻碍：中等阻碍：Cr、W、Mo促进长大：促进长大：Mn、P、溶入溶入A的的C 降低铁原子的结合降低铁原子的结合力，促进铁的扩散力，促进铁的扩散9-3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 冷却过程冷却过程热处理工艺的关键部热处理工艺的关键部分，对控制热处理以后的组织与性能起分，对控制热处理以后的组织与性能起着极大作用，不同的冷却速度获不同的着极大作用，不同的冷却速度获不同的组织与性能。组织与性能。1 高温转变产物高温转变产物 Fe、C均扩散均扩散 亚共析钢：亚共析钢：F+P;共析钢：共析钢：P；过共析钢：过共析钢：P+Fe3C 珠光体类型珠光体类型 化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 扩散类型扩散类型2 中温转变产物中温转变产物Fe不扩散，不扩散，C部分扩散部分扩散 (C过饱和的）过饱和的）+Fe3C的机械混合物的机械混合物 贝氏体类型贝氏体类型(B)化学成分的变化靠扩散实现化学成分的变化靠扩散实现 晶格类型的转变非扩散性晶格类型的转变非扩散性 半扩散性半扩散性 3 低温转变产物低温转变产物 Fe、C均不扩散均不扩散非扩散型非扩散型 得得 C 在在-Fe 中的中的过饱和过饱和固溶体固溶体 马氏体马氏体 马氏体类型马氏体类型(M)热处理的两种冷却方式：热处理的两种冷却方式：等温冷却等温冷却过冷奥氏体等温转变动力学曲线过冷奥氏体等温转变动力学曲线连续冷却连续冷却过冷奥氏体连续转变动力学曲线过冷奥氏体连续转变动力学曲线一一过冷奥氏体等温转变动力学曲线过冷奥氏体等温转变动力学曲线(Temperature-Time-Transformation)T A1MsMfAMM+ARA过冷过冷ABAPAPB700500200 孕孕HRC154045 5560110102103104105过冷奥氏体过冷奥氏体与与奥氏体奥氏体的区别的区别C曲线曲线 产物：产物：P：珠光体珠光体B：贝氏体贝氏体M：马氏体马氏体 鼻点鼻点2要点要点;不同温度下转变产物不同；不同温度下转变产物不同；高温转变产物高温转变产物(A1550)：珠光体珠光体(P)扩散型扩散型中温转变产物中温转变产物(550MS)：贝氏体贝氏体(B)半扩散型半扩散型低温转变产物低温转变产物(MSMf)：马氏体马氏体(M)非扩散型非扩散型存在孕育期存在孕育期过冷奥氏体等温分解所需的准备时间过冷奥氏体等温分解所需的准备时间代表代表A过冷过冷稳定性。稳定性。存在鼻点：存在鼻点：孕育期最短，孕育期最短，A过冷过冷最不稳定；最不稳定；T转转，产物硬度，产物硬度。马氏体是过冷奥氏体连续冷却中的一种马氏体是过冷奥氏体连续冷却中的一种转变组织，非等温转变产物。将其画入，转变组织，非等温转变产物。将其画入，使过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用使过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用亚共析钢、过共析钢亚共析钢、过共析钢C曲线曲线：亚共析钢、过共析钢亚共析钢、过共析钢C曲线曲线：以珠光体转变为例：以珠光体转变为例：亚共析钢珠光体型转变式：亚共析钢珠光体型转变式：AF先共析先共析+P 过共析钢珠光体型转变式：过共析钢珠光体型转变式：A Fe3C先共析先共析+P 多一条先共析相析出线；多一条先共析相析出线；先共析相量随转变温度下降而减少，先共析相量随转变温度下降而减少，鼻点温度以下无先共析相析出。鼻点温度以下无先共析相析出。转变温度的降低会抑制先共析转变温度的降低会抑制先共析相的析出；相的析出；当转变温度足够低，先共析相的当转变温度足够低，先共析相的析出被完全抑制析出被完全抑制由由非共析成分非共析成分获得的共析组织称为获得的共析组织称为伪共析体伪共析体二二影响影响C曲线的因素曲线的因素与奥氏体状态有关与奥氏体状态有关1化学成分化学成分（1）含碳量含碳量：理论理论：奥氏体中：奥氏体中C%，C曲线右移。曲线右移。F相难析出相难析出，珠光体转变难进行，珠光体转变难进行，实际实际；亚亚共析钢：共析钢：C%，C曲线右移曲线右移；过过共析：共析：C%，左移左移；未溶未溶Fe3C指溶入奥氏体中的指溶入奥氏体中的C0.9%C0.9C+0.5Mn0.9C+1.2Mn 0.9+2.8MnTT0.5C0.5C+2%Cr0.5C+4%Cr0.5C+8%Cr（2）合金元素合金元素除除Co、Al（WAl2.5%）外，其它合金元外，其它合金元素随素随Me%，C曲线右移曲线右移须溶入须溶入A中中TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,Cu,MnCo,Al 外所外所有合金元素有合金元素非碳化物形成元素：只改变非碳化物形成元素：只改变C曲线位置曲线位置 Co,Al,Ni,Cu,Si强碳化物形成元素强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影响：等的影响：改变改变C 曲线位置和形态曲线位置和形态T中强碳化物形成中强碳化物形成元素元素Cr 的影响的影响强碳化物形成元素强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影响等的影响 碳化物形成元素改变碳化物形成元素改变 C 曲线位置和形状曲线位置和形状 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等；等；对对Ms点的影响点的影响：Co、Al 使使 Ms，其它合金元素使其它合金元素使 Ms 2 奥氏体组织奥氏体组织：愈细，成分及组织愈不均匀，愈细，成分及组织愈不均匀，未溶第二相愈多未溶第二相愈多左移。左移。T、t，晶粒粗大，成分、组晶粒粗大，成分、组织均匀，织均匀，A 稳定性稳定性 右移。右移。其它：其它：应力和塑性变形应力和塑性变形三三 过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线(Continous Cooling Transformation-CCT)Vc：连续冷却中全部连续冷却中全部 A过过 M的最小的最小V冷冷 临界淬火速度临界淬火速度 上临界冷却速度上临界冷却速度 VC：连续冷却中全部连续冷却中全部 A过过 P 的最大的最大V冷冷 下临界冷却速度下临界冷却速度：P；：M；：P+M共析碳钢共析碳钢 TTT 与与 CCT 曲线曲线A1MsMfTCCVcVcMM+PP 共析碳钢共析碳钢 CCT曲线曲线 共析碳钢共析碳钢 TTT曲线曲线PS PkVc 冷却速度对转变产物类型的影响：冷却速度对转变产物类型的影响：可用可用VC、VC判断。判断。当当 V VC 时，时，A过冷过冷M；当当VVC时，时，A过冷过冷P；当当 VC V VK转变式：转变式：A(f.c.c,0.77C%)M(b.c.corb.c.t,0.77C%)只有晶格改组而无成分变化只有晶格改组而无成分变化1 马氏体晶体结构马氏体晶体结构 马氏体：马氏体：C 在在-Fe 中的中的过饱和过饱和固溶体固溶体。单相单相 亚稳亚稳正方度：正方度：c/a-c/a=1+0.046C%马氏体：马氏体：体心立方体心立方,C%1另：体心斜方另：体心斜方,C%1.4%,c/a1,b/a1bac2马氏体组织特征马氏体组织特征(1)板条状马氏体板条状马氏体单元体单元体(单晶体单晶体)板条状板条状组合特征组合特征：0.10.3m10 m马氏体束一些位向相同的板条晶构成马氏体束；一些位向相同的板条晶构成马氏体束；原奥氏体晶粒中含原奥氏体晶粒中含35个位向不同的个位向不同的M束束块状马氏体块状马氏体主要存在于主要存在于低碳钢中低碳钢中(C%0.2%)低碳马氏体低碳马氏体形成温度较高形成温度较高高温马氏体高温马氏体片状马氏体片状马氏体组织形态及特点组织形态及特点：单元体：片状单元体：片状，中间厚、两边薄中间厚、两边薄凸凸透镜状透镜状或或针状针状；组合特征：组合特征：片与片之间不平行，约呈片与片之间不平行，约呈60；晶粒大小不等，先大后小，晶粒大小不等，先大后小，先形成的先形成的M片贯穿片贯穿A晶粒；晶粒；亚结构亚结构：平行的细小孪晶平行的细小孪晶孪晶马氏体孪晶马氏体。形成的温度较低形成的温度较低低温马氏体低温马氏体高碳钢中常出现高碳钢中常出现高碳马氏体高碳马氏体孪晶孪晶 其它形态马氏体其它形态马氏体 闪电状、蝴蝶状等闪电状、蝴蝶状等(4)工业用钢中淬火马氏体金相形态工业用钢中淬火马氏体金相形态低碳钢低碳钢：C1.0%，片状，片状0 0.4 0.8 1.2 C,%7550 25100板板条条马马氏氏体体量量，%淬火马氏体金相形态影响因素：淬火马氏体金相形态影响因素：实质取决于实质取决于转变温度转变温度：高于高于200板条状马氏体；板条状马氏体；低于低于200片状马氏体片状马氏体因因C%，Ms及及Mf形态与形态与C%关系关系:低碳低碳板条状；板条状；高碳高碳片状片状C%MsMf温度，温度，Ms，A强度低（强度低（210Mpa），易孪生（所需），易孪生（所需应力小）应力小）孪晶孪晶,片状。片状。分界温度大约为分界温度大约为200；滑移或孪生所需应力与温滑移或孪生所需应力与温度及马氏体亚结构的关系度及马氏体亚结构的关系应应力力温度温度孪生孪生滑移滑移板条状板条状片状片状200 本质：奥氏体变形方式的分界温度本质：奥氏体变形方式的分界温度3马氏体的性能马氏体的性能(1)硬度和强度硬度和强度特点：特点：总体：高硬度、高强度总体：高硬度、高强度注意：注意：、硬度、强度主要取决于、硬度、强度主要取决于C%,Me影响小。影响小。C%,马氏体马氏体HRC。、须注意、须注意马氏体硬度马氏体硬度与与钢硬度钢硬度的差异。的差异。C%,淬火钢淬火钢HRC,0.6%C后基本趋于后基本趋于定值。定值。AR%高于高于ACm淬火淬火高于高于AC1淬火淬火马氏体硬度马氏体硬度 注意注意马氏体硬度马氏体硬度与与钢硬度钢硬度的差异。的差异。Fe3CAR%钢中马氏体强化机制钢中马氏体强化机制：C 的的固溶强化固溶强化：相变强化相变强化(亚结构强化亚结构强化)：高密度位错、孪晶、层错；高密度位错、孪晶、层错；时效时效(沉淀沉淀)强化强化：C 向缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错。向缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错。C%121：未时效：未时效2：0时效时效3hFe-Ni-C合金马氏体合金马氏体 低碳低碳 M“自回火自回火”。（2）塑性与韧性塑性与韧性片状片状M：硬而脆；硬而脆；板条板条M：强而韧强而韧与亚结构有关与亚结构有关板条板条M塑韧性好的原因：塑韧性好的原因：含碳量低含碳量低,过饱和度小；过饱和度小；淬火内应力小，形成微裂纹的敏感度小；淬火内应力小，形成微裂纹的敏感度小；高碳片状高碳片状M塑韧性差的原因：塑韧性差的原因：C过饱和度高，畸变大，过饱和度高，畸变大，淬火内应力大，形成微裂纹的敏感度高。淬火内应力大，形成微裂纹的敏感度高。4马氏体转变的特点马氏体转变的特点无扩散性无扩散性切变共格切变共格不完全性不完全性:转变在一定温度范围内进转变在一定温度范围内进行，存在残余奥氏体。行，存在残余奥氏体。转变快速性：转变快速性：M形成速度极快，形成速度极快，10-510-7S(1)形成原因形成原因、比容因素比容因素：M的形成为体积膨胀过程的形成为体积膨胀过程、淬火温度通常高于淬火温度通常高于Mf中高碳钢、合金钢的中高碳钢、合金钢的Mf室温室温,5残余奥氏体及其控制因素残余奥氏体及其控制因素C%MsMf温度，温度，0.6(2)影响影响A残残%的因素的因素主要取决于主要取决于MS化学成分化学成分C%AR%60 40 20 0.5 0.7 0.9 1.1 经验式经验式：MS()=535-317wc-33wMn-28wCr-17wNi -11(wSi+wMo+wW)注注：非简单迭加；非简单迭加；须固溶入须固溶入 A 中。中。C%，Me ,MS、Mf,AR ；1%C 使使MS 约约300(3)残余奥氏体的作用及控制残余奥氏体的作用及控制有害作用：有害作用：组织不稳定；组织不稳定；尺寸不稳定；尺寸不稳定；软，耐磨性差。软，耐磨性差。有益作用：适量有益作用：适量AR可一定程度提高韧性。可一定程度提高韧性。例如：轴承钢中保留适量例如：轴承钢中保留适量AR控制方法：控制方法：热处理分解热处理分解冷处理转变为冷处理转变为M：-40-601组织形态组织形态上贝氏体上贝氏体(550350)组织构成组织构成：(C)+Fe3C铁素体铁素体：碳过饱和碳过饱和(0.03%)；成束、板条状平行排列；成束、板条状平行排列；位错（位错（108109cm-2)；渗碳体渗碳体：粒状或短杆状分布：粒状或短杆状分布在在F板条之间。板条之间。六六 钢的贝氏体转变钢的贝氏体转变上贝氏体上贝氏体Fe3C过饱和过饱和相相羽毛状羽毛状下贝氏体下贝氏体(350 230)组织组织:(C)+FexC铁素体：铁素体：碳过饱和碳过饱和(0.3%)针、片状，互不平行；针、片状，互不平行；更高密度位错。更高密度位错。渗碳体渗碳体：粒状或短杆状平行：粒状或短杆状平行分布在分布在F相内部。相内部。过饱和过饱和相相Fe3C针状针状3贝氏体的机械性能贝氏体的机械性能（1）强度和硬度）强度和硬度铁素体：铁素体：取决于晶粒大小、取决于晶粒大小、C及及Me固溶强化、位错密度固溶强化、位错密度碳化物：取决于弥散度、数量碳化物：取决于弥散度、数量s(B上上)s(B下下)（2）韧性韧性ak（B下下）ak（B上上）原因：原因：B上上中碳化物分布条间，有中碳化物分布条间，有明显方向性，尺寸较大；明显方向性，尺寸较大；4魏氏组织及性能魏氏组织及性能魏氏组织魏氏组织：在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度：在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度相对较快时，钢中先共析相（先共析铁素相对较快时，钢中先共析相（先共析铁素体或先共析渗碳体）以针状或片状形态从体或先共析渗碳体）以针状或片状形态从原奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内平原奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内平行或规则生长，并与片状珠光体混合存在，行或规则生长，并与片状珠光体混合存在，该组织称为该组织称为。形成条件：形成条件：A晶粒粗大；冷速适当晶粒粗大；冷速适当缓慢：缓慢：Fe扩散扩散网状网状F；过快：过快：C来不及扩散，抑制来不及扩散，抑制F形成形成总体：总体：冷速较大时易冷速较大时易形成形成魏氏组织的机械性能：魏氏组织的机械性能：韧性韧性;消除方法：正火消除方法：正火珠光体、贝氏体、马氏体转变特点比较珠光体、贝氏体、马氏体转变特点比较转变类型转变类型珠光体珠光体贝氏体贝氏体马氏体马氏体转变温度转变温度高温高温(Ar1550)中温中温(BSMS)低温低温(V临界临界，M或或B。回火回火：淬火钢加热到低于临界点：淬火钢加热到低于临界点A1的某温的某温度，保温后以适当方式冷却到室温的热度，保温后以适当方式冷却到室温的热处理工艺。处理工艺。目的目的：（1）调整钢强硬度与塑韧性的配）调整钢强硬度与塑韧性的配合，获要求的性能；合，获要求的性能；（2）降低内应力，防止工件变形或开裂；）降低内应力，防止工件变形或开裂；（3）稳定组织，防尺寸变化。）稳定组织，防尺寸变化。1回火过程中的组织转变回火过程中的组织转变M+AR不稳定组织不稳定组织C的析出，四个过程：的析出，四个过程：(1)马氏体分解（马氏体分解（250）；M+(FexC,x2.4)过饱和过饱和弥散、共格、亚稳弥散、共格、亚稳回火马氏体回火马氏体(2)残余奥氏体分解（残余奥氏体分解（200300）；）；(3)碳化物类型的转变（碳化物类型的转变（250400）；）；（Fe5C2）(Fe3C)(4)相回复与再结晶，碳化物聚集长大相回复与再结晶，碳化物聚集长大（400650）相等轴化；相等轴化；相球化相球化回复态回复态相相相相(Fe3C)回火屈氏体回火屈氏体再结晶再结晶相球化与聚集长大的相球化与聚集长大的(Fe3C)回火索氏体回火索氏体2回火钢的机械性能回火钢的机械性能(1)硬强度及塑韧性硬强度及塑韧性:回火回火T,强硬度强硬度,塑韧性塑韧性；但但ak有低谷有低谷回火脆性回火脆性强硬度强硬度,塑韧性塑韧性的原因：的原因：C脱溶，脱溶，相过饱和度相过饱和度+或或位错密度位错密度或孪晶消失；或孪晶消失；碳化物的聚集长大；碳化物的聚集长大；相的回复、再结晶相的回复、再结晶畸变片状晶畸变片状晶平衡等轴晶平衡等轴晶(2)内应力变化内应力变化回火温度，100 200 300 400 500 600 700AR%内应力内应力M中中C%渗碳体尺寸渗碳体尺寸（3）回火脆性回火脆性分类分类：第一类回火脆性第一类回火脆性(低温低温）250400，不可逆性；，不可逆性；第二类回火脆性（高温第二类回火脆性（高温）450650，可逆性；，可逆性；定义定义：随回火温度提高，淬火钢韧性在某随回火温度提高，淬火钢韧性在某些温度区间显著下降的现象。些温度区间显著下降的现象。100 200 300 400 500 600 700回火温度，回火温度，510152025 ak快冷快冷慢冷慢冷0.3%C-1.7%Cr-3.4Ni 低温回火脆性形成原因及防止方法低温回火脆性形成原因及防止方法 形成原因：形成原因：片状碳化物沉淀理论片状碳化物沉淀理论;杂质偏聚：杂质偏聚：防止方法防止方法：a.避免在此温度区间回火；避免在此温度区间回火；b.使使 的温度的温度：c.采用等温淬火采用等温淬火.注：无论碳钢、合金钢，只要在该温注：无论碳钢、合金钢，只要在该温区回火，就会产生低温回火脆性区回火，就会产生低温回火脆性第二类第二类回火脆性形成原因及防止方法回火脆性形成原因及防止方法特点特点：a.与回火后冷却速度有关；与回火后冷却速度有关；b.可逆性；可逆性；产生原因产生原因：P、Sn、As、Sb等杂质元素晶界偏等杂质元素晶界偏聚聚防止方法防止方法：a.钢纯度；钢纯度；b.回火后快冷；回火后快冷；c.加入加入Mo、W等元素；等元素；注：碳钢不产生高温回火脆性注：碳钢不产生高温回火脆性,合金钢尤含合金钢尤含Mn、Cr的合金钢易产生回火脆性的合金钢易产生回火脆性第九章第九章习题与思考题习题与思考题1说说明明下下列列符符号号的的物物理理意意义义及及加加热热速速度度、冷冷却却速速度度对对它它们们的的影影响响：Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm 2今今有有40钢钢坯坯（平平衡衡组组织织）从从室室温温缓缓慢慢加加热热到到1000保保温温，详详述述其其在在加加热热过过程程中中的的组组织织转转变变过过程。知程。知Ac1724，Ac3790。3何何谓谓奥奥氏氏体体的的起起始始晶晶粒粒度度，实实际际晶晶粒粒度度，本本质质晶晶粒粒度度？为为什什么么用用铝铝脱脱氧氧的的钢钢或或加加入入少少量量V、Ti、Nb、Zr、W、Mo等等元元素素的的钢钢是是本本质质细细晶晶粒粒钢钢？本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒是否一定细小？本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒是否一定细小？4画画出出T8钢钢过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线，在在等等温温转转变变曲曲线线上上画画出出为为获获得得以以下下组组织织应应采采取取的的连连续续冷冷却却曲曲线线：（1）索索氏氏体体珠珠光光体体；（2）马马氏氏体体残残余奥氏体；（余奥氏体；（3）屈氏体马氏体残余奥氏体。）屈氏体马氏体残余奥氏体。5钢钢中中马马氏氏体体高高强强度度高高硬硬度度的的本本质质是是什什么么？钢钢中中马氏体的硬度主要与什么因素有关？马氏体的硬度主要与什么因素有关？6钢钢中中板板条条马马氏氏体体具具有有较较好好的的强强韧韧性性，而而片片状状马马氏氏体体塑塑韧韧性性较较差差，可可否否用用板板条条马马氏氏体体代代替替片片状状马氏体？马氏体？7影影响响过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变C曲曲线线的的因因素素有有哪哪些些？试试述述钢钢中中含含碳碳量量及及合合金金元元素素对对Ms、Mf、AR量量的影响。的影响。8何何谓谓上上临临界界冷冷却却速速度度？何何谓谓下下临临界界冷冷却却速速度度？它在生产中有何实际意义？它在生产中有何实际意义？9讨讨论论题题：从从转转变变温温度度、相相构构成成、显显微微组组织织、产产物物性性能能等等方方面面讨讨论论珠珠光光体体转转变变、贝贝氏氏体体转转变变和和马氏体转变之间的差异。马氏体转变之间的差异。