钢在加热冷却时的组织转变

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1、教学重点 奥 氏 体 的 形 成 及 其 晶 粒 大 小的 控 制 措 施 ， C曲 线 及 其 应 用 。教学难点 钢 在 加 热 时 和 冷 却 时 组 织 转 变 。本 课 题 重 点 与 难 点 A1、 A3、 Acm各 相 变 点是 固 态 下 铁 碳 合 金 的 组织 转 变 线 ， 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 相 变 点 用 ACl、AC3、 ACcm表 示 ， 冷 却时 各 相

2、变 点 用 Arl、 Ar3、Arcm表 示 。2.3.1 钢 在 加 热 时 的 组 织 转 变 2.3.1 钢 在 加 热 时 的 组 织 转 变 1、 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 ，只 有 分 别 加 热 到 AC

3、3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 。 3） 加 入 一 定 量 合 金 元 素 （ 除 锰 、 磷 外 ）2.3.1 钢 在 加 热 时 的 组 织 转 变 2、 奥 氏 体 晶 粒 长 大 及 其 控 制 措 施 钢 加 热 时 珠 光 体 向 奥 氏 体 转 变 刚 刚 结 束 时 ， 奥 氏 体 晶粒 是 比 较 细 小 的 。 如 果 继 续 加 热 或 保 温 ， 奥 氏 体 晶 粒 会 变粗 大 ， 影 响 热 处 理 后 钢 的 强 度 、 塑 性 、 韧 性 较 低 。 因 此 ，加 热 时 获

4、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 。 控 制 奥 氏 体 晶 粒 长 大 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 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 钢 经 加 热 奥 氏 体 化 后 ， 可 以 采 用 不 同 方 式 冷 却 ， 获 得所 需 要 的 组 织 和 性 能 。 成 分 相 同 的 钢 ， 奥 氏 体 化 后 ， 采 用 不 同 方 式 冷 却 ， 将获 得 不 同 的 力 学 性 能 ， 见 下 表 。

5、 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 实 际 生 产 中 ， 必 须 过 冷 到 A1温 度 以 下 才 开 始 转 变 。 在 相 变 温 度 A1以 下 还 没 有 发 生 转 变 而 处 于 不 稳 定 状 态 的 奥氏 体 称 过 冷 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 ） 。 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 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

6、 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 。 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 转 变 开 始 线 与 纵 坐 标 轴 之 间 的时 间 为 孕 育 期 。 在 C曲

7、 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 。 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 2） 过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 产 物 的 组 织 与 性 能 (1)珠 光 体 型 转 变 （ A1 550 ）(2)贝 氏 体 转 变 （ 550 MS） 2.3.2 钢 在

8、 冷 却 时 的 组 织 转 变 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 。 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变

9、 2、 过 冷 奥 氏 体 的 连 续 冷 却 转 变 以 共 析 钢 为 例 ， 介 绍 等 温 转 变 曲 线 及 转 变 产 物 。 1） 等 温 转 变 曲 线 在 连 续 冷 却 转 变 中 的 应 用 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 。 马 氏 体 临 界 冷 却 速 度 k：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 。 2.3.2 钢 在 冷 却 时

10、的 组 织 转 变 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 ： 2.3.2 钢 在 冷 却 时 的 组 织 转 变 2） 马 氏 体 转 变 （ MS Mf） 马 氏 体 的 组 织 形 态 有 板 条 状 和 片 状 两 种 类 型 ， 主 要 取 决于 奥 氏 体 中 碳 含 量 。 1、 当 Wc 0.20 时 ， 形 成 板 条 状 低 碳 马氏 体 ， 有 较 好 的 强 韧 性 ； 2、 当 Wc 1.0 时 ， 形 成 片 状 （ 针状 ） 高 碳 马 氏 体 ， 性 能 硬 而

11、 脆 ； 3、 当 Wc在 0.20 l.0 时 ，形 成 片 状 和 板 条 状 马 氏 体 的 混 合 组 织 。 强 度 、 硬 度 随 碳 含 量 增 加 而 增 大 ， 当 碳 含 量 超 过 0.6 ，强 度 和 硬 度 增 加 不 明 显 。 马 氏 体 转 变 不 能 进 行 到 底 。 残 余 奥 氏 体 的 存 在 ， 会 降 低 淬 火 钢 的 硬 度 和 耐 磨 性 ， 并且 在 工 件 长 期 使 用 过 程 中 残 余 奥 氏 体 会 逐 步 转 变 为 马 氏 体 ，使 工 件 变 形 而 引 起 尺 寸 的 不 稳 定 。 减 少 残 余 奥 氏 体 的 措 施 ： 冷 处 理 。 即 把 淬 火 后 的 工 件 继 续冷 却 到 室 温 以 下 80 50 ， 以 减 少 残 余 奥 氏 体 的 含 量 。