第11章固态相变与材料处理 b-yao

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1、姚宝殿姚宝殿上海工程技术大学材料学院上海工程技术大学材料学院T材料科学基础材料科学基础B（2013-2014（1）第第1111章章 固态相变与材料处理固态相变与材料处理5 5 钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变1、热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。5.1 热处理概述热处理概述在机床制造中在机床制造中约约

2、60-70%的零的零件要经过热处理。件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中在汽车、拖拉机制造业中需需热处理的零件达热处理的零件达70-80%。热处理是一种重要的加工工艺，热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用在制造业被广泛应用.l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经过需经过热处理。热处理。l总之，重要零件总之，重要零件都需适当热处都需适当热处理后才能使用。理后才能使用。2、热处理热处理特点特点:热处理区别热处理区别于其他加工工艺如铸造于其他加工工艺如铸造、压力压力加工等的特点是加工等的特点是只通过改变只通过改变工件的组织来改变性能，而工件的组织来改变性能，而不改变其形状。不改变其形

3、状。铸造铸造轧制轧制3、热处理、热处理适用范围适用范围:只只适用于固态下发生相变适用于固态下发生相变的材料的材料，不发生固态相，不发生固态相变的材料不能用热处理变的材料不能用热处理强化。强化。4、热处理分类、热处理分类 热处理原理热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理热处理原理。热处理工艺热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称称热处理工艺热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)94

4、0淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织根据根据加热、冷却方式加热、冷却方式及及钢组织性能变化特点钢组织性能变化特点不同，将不同，将热热处理工艺分类如下：处理工艺分类如下：其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳

5、、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等5、预备热处理与最终热处理、预备热处理与最终热处理预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲钢热处理工艺曲线线时时间间温度温度/钢加热时的实际转变温度分别用钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示表示;冷却时的实际转变温度分别用冷却时的实际转变温度分别用Ar1、A

6、r3、Arcm表示表示。由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以中的数据是以30-50/h 的速度加热或冷却时测得的的速度加热或冷却时测得的.n6、临界温度临界温度与与实际转变温度实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线线分别用分别用A1、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将或过热现象，因此将5.2 5.2 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相

7、变；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化。钢坯加热钢坯加热n一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长大奥氏体化也是形核和长大的过程，的过程，分为四步。以共分为四步。以共析钢为例说明：析钢为例说明：第一步第一步 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在 与与Fe3C相界形核。相界形核。第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和Fe3C方方向长大。向长大。第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解:铁素体的成分

8、铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。随保温时间延长继续溶解直至消失。第四步第四步 奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。保温使奥氏体成分趋于均匀。温温度度，共析钢奥氏体化共析钢奥氏体化曲线（曲线（875退火）退火）共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程奥奥氏氏体体的的形形成成FFe3C未溶未溶Fe3CA残余残余Fe3CAAAA 形核形核A 长大长大残余残余Fe3C溶解溶解A 均匀化均匀化

9、亚共析钢和过共析钢的奥氏体亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同化过程与共析钢基本相同。但。但由于先共析由于先共析 或二次或二次Fe3C的存的存在，要获得全部奥氏体组织，在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到必须相应加热到Ac3或或Accm以以上上.二、奥氏体晶粒长大及其影响因素二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大奥氏体化刚结束时的奥氏体化刚结束时的晶粒度称晶粒度称起始晶粒度起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。此时晶粒细小均匀。随加热温度升高或保随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体，

10、这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度:1.起始晶粒度起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏珠光体刚刚转变成奥氏 体的晶粒大小。体的晶粒大小。2.实际晶粒度实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏热处理后所获得的奥氏 体晶粒的大小。体晶粒的大小。3.本质晶粒度本质晶粒度:度量钢本身晶粒在度量钢本身晶粒在930 10，保温，保温8h,晶粒长大的程度。晶粒长大的程度。钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图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:加热温度高、保温时间长加热

11、温度高、保温时间长,晶粒粗大晶粒粗大.加热速度加热速度:加热速度越快加热速度越快,过热度越大过热度越大,形核率越高形核率越高,晶粒越细晶粒越细.合金元素：合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等等碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。原始组织原始组织:平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。

12、因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。钢在热处理时的冷却方式：钢在热处理时的冷却方式：p过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变p过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变5.3 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式加加热热保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却1.等温冷却等温冷却把加热到把加热到A状态的钢，快速冷状态的钢，快速冷却到低于却到低于Ar1某一温度，等温某一温度，等温一段时间，使一段时间，使A发生转变，然发生转变，然

13、后再冷却到室温。后再冷却到室温。2.连续冷却连续冷却把加热到把加热到A状态的钢，以不同状态的钢，以不同的冷却速度（空冷，随炉冷，的冷却速度（空冷，随炉冷，油冷，水冷）连续冷却到室温油冷，水冷）连续冷却到室温。钢在热处理时的冷却方式：钢在热处理时的冷却方式：5.3.1 等温冷却等温冷却 等温动力学曲线等温动力学曲线T1等温动力学曲线等温动力学曲线转变体体积分分数数x xt0T1 T2 T3T2T3100%在一定过冷度下的等温转变动力在一定过冷度下的等温转变动力学可用阿弗拉密学可用阿弗拉密(Avrami)方程描方程描述：述：n讨论相变的速率问题，即在恒温下相变量与时间的关系。用于用于Avrami方

14、程式中的方程式中的n值值0.5片状物增厚1针状物增厚2.5 1.5质点由小尺寸长大 1)以恒定速率形核 2)仅在开始转变时形核过饱和固溶体脱溶1在晶界上形核2在晶粒的棱上形核3仅在开始转变时形核4以恒定速率形核胞状转变(包括共析转变和不连续脱溶等)n 值 相 变 类 型等温转变曲线：等温转变曲线：将将不不同同温温度度下下的的S S曲曲线线整整理理在在时时间间-温温度度曲曲线线上上，可可以以得得到到相相变变的的综综合合动动力力学学曲曲线线，即即等等温温转转变变曲曲线线。等等温温转转变变曲曲线线表表示示了了转转变变量量、转转变变温温度度和和转转变变时时间间之之间间的的关关系系，一一般般是是由由两条

15、形状呈两条形状呈C C形的曲线构成，所以我们也将其称之为形的曲线构成，所以我们也将其称之为C C C C曲线曲线曲线曲线。T1等温动力学曲线等温动力学曲线转变体体积分分数数x xt0T1 T2 T3T2T3100%过冷奥氏体等温转变动力学图（过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图图）过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线又又称称TTTTTT图图、ITIT图图或或C C曲曲线线。综综合合反反映映了了过过冷冷奥奥氏氏体体在在冷冷却却时时的的等等温温转转变变温温度度、等等温温时时间间和和转转变变量量之之间间的的关关系系（即即反反映映了了过过冷冷奥奥氏氏体体在在不不同同的的过过冷冷度度下下等等温温

16、转转变变的的转转变变开开始始时时间间、转转变变终终了了时时间间、转转变变产产物物类类型型、转转变变量量与与等等温温度、等温时间的关系）。温温度、等温时间的关系）。T-timeT-temperatureT-transformationITIsothermal Transformationn 金相硬度法金相硬度法奥氏体和转变产物的奥氏体和转变产物的金相形态和硬度金相形态和硬度不同。不同。n 膨胀法膨胀法奥氏体和转变产物的奥氏体和转变产物的比容比容不同。不同。n 磁性法及电阻法磁性法及电阻法 奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。C 曲线的测定方法（1）选择一系列试样，

17、将试样加热奥氏体化；）选择一系列试样，将试样加热奥氏体化；（2）将试样在）将试样在A1点下不同温度保温不同时间；点下不同温度保温不同时间；（3）淬水冷却，以保留，固定转变产物；）淬水冷却，以保留，固定转变产物；（4）确定各温度、时间下转变产物及转变量；）确定各温度、时间下转变产物及转变量；（5）建立转变温度，转变时间与转变产物、转变量的）建立转变温度，转变时间与转变产物、转变量的关系曲线。关系曲线。实验步骤:一、共析碳钢一、共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A11、

18、过冷过冷A A等温转变动力学图的基本形式等温转变动力学图的基本形式（一）共析钢的（一）共析钢的C C曲线分析曲线分析 (1)(1)线、区的意义线、区的意义线线：纵坐标为温度，横坐标为时间：纵坐标为温度，横坐标为时间，临界点临界点A A1 1线，线，M MS S线线，M Mf f线线，转变开始线，转变终了线。转变开始线，转变终了线。区区：A A1 1以上为稳定以上为稳定A A区，过冷区，过冷A A区区，过冷过冷A A等温转变区等温转变区（APAP、ABAB），转变产物区（），转变产物区（P P、B B），），M M形成形成区（区（AMAM）、）、M M转变产物区（转变产物区（M M或或M+ArM

19、+Ar）孕育期最短的部位，即转变开始线的突出部分孕育期最短的部位，即转变开始线的突出部分,称为称为鼻子鼻子。为什么呈为什么呈C字形（存在鼻点）？字形（存在鼻点）？过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而力，而TT，G G ，DD。在在A1A1550550区间区间,随过冷度增大随过冷度增大,原子扩散较快原子扩散较快,转变速度较快。转变速度较快。550550以下以下,随过冷度增大随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。因而转变速度减慢。一、共析碳钢 TTT 曲线的分析稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体

20、区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A+产产 物物 区区产产物物区区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区;230-50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2.2.转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区(转转变类型变类型

21、)：(1)P(1)P型型转转变变：高高温温区区（临临界界点点A Ar r1 1550550）、过过冷冷度度小，小，P P型组织转变区，型组织转变区，APAP；扩散型相变；扩散型相变(2)B(2)B型型转转变变：中中温温区区（550550M MS S），发发生生B B转转变变的的区区域，域，ABAB。半扩散型相变。半扩散型相变(3)M(3)M型型转转变变：低低温温区区（在在M MS S以以下下）、过过冷冷度度大大，发发生生M M转变的区域，转变的区域，AMAM；非扩散型相变；非扩散型相变需要指出的是，在中部区域需要指出的是，在中部区域P P转变区和转变区和B B转变区可能重叠，转变区可能重叠，得

22、到得到P P和和B B的混合组织；在下部区域的混合组织；在下部区域M M转变和转变和B B转变可能重转变可能重叠，得到叠，得到M M和和B B的混合组织；的混合组织；（1）高温转变）高温转变-P转变转变(Ar1 550)AF+Fe3C:过冷奥氏体在过冷奥氏体在 Ar1到到 550间将转间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同根据片层厚薄不同,又又细分为细分为珠光体珠光体、索氏体索氏体和和托氏体托氏体.温度A相变层片间距 HRC Ar1-650 AP150-450nm20650600 A S80

23、-150nm30600550 AT 30-80nm40珠光体珠光体：Pearlite索氏体索氏体：Sorbite托氏体托氏体(屈氏体）：屈氏体）：Troostite 珠珠 光光 体体 形形 貌貌 像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌形成温度为形成温度为Ar1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜下可辨倍光镜下可辨.光镜形貌电镜形貌 索索 氏氏 体体 形形 貌貌 像像形成温度为形成温度为650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000倍光镜下可辨倍光镜下可辨 屈屈 氏氏 体体 形形 貌貌 像像电镜形貌光镜形貌形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，片层极薄，电镜下可辨电镜下

24、可辨珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。珠光体转变过程珠光体转变过程:珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。进了铁素体形核，

25、两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。n n珠光体转变是扩散型转变。珠光体转变是扩散型转变。珠光体转变珠光体转变1、贝氏体的组织形态及性能、贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在过冷奥氏体在550-230(Ms)间将转变为贝氏体类型组间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号织，贝氏体用符号B表示表示。根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏体贝氏体又分为上贝氏体又分为上贝氏体(B上上)和下贝氏和下贝氏体体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体（2）中温转变中温转变贝氏体转变贝氏体转变(550230)贝氏体贝氏体:bainiteA B上上(550350）羽毛状）羽毛状 Fe3C以较粗大片状分

26、布在较宽的以较粗大片状分布在较宽的F片之间片之间,易发生脆断易发生脆断,HRC=45。A B下下(350220）针状）针状 强韧性好强韧性好,Fe3C细小细小,均匀分布在过饱和均匀分布在过饱和F针内针内 上贝氏体上贝氏体形成温度为形成温度为550-350。在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状.在电镜下为在电镜下为不连续棒状不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。的铁素体条之间。光镜下光镜下电镜下电镜下下贝氏体下贝氏体形成温度为形成温度为350-Ms。在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为在电镜下为细

27、片状碳化物细片状碳化物分布于铁素体针内，并与分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈铁素体针长轴方向呈55-60角。角。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。上贝氏体上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体2、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程贝氏体转变也是形核和贝氏体转变也是形核和长大的过程。长大的过程。发生贝氏体转变时发生贝

28、氏体转变时,首先首先在奥氏体中的贫碳区形在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，其含碳成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁量介于奥氏体与平衡铁素体之间，为素体之间，为过饱和铁过饱和铁素体。素体。当转变温度较高（当转变温度较高（550-350)时，条片状铁素体从奥氏体晶时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出Fe3C短棒，奥氏体消短棒，奥氏体消失，形成失，形成B上上。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程l当转变温度较低（当转变温度较低（350-2

29、30)时，铁素体在晶界或晶内某些时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。的形式析出。下贝氏体转变下贝氏体转变转变类型 转变温度 转变产物 符号 显微组织特征 硬度HRC 高温转变Ar1650珠光体P粗片状铁素体与渗碳体混合物粗片状铁素体与渗碳体混合物2.5%）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,MnSi

30、Ni,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3.奥氏体晶粒尺寸：奥氏体晶粒尺寸：晶粒细小晶粒细小，P转变曲线左移，转变曲线左移，B转变影响较小转变影响较小T、t，晶粒粗大，成分、组织均匀，晶粒粗大，成分、组织均匀，A 稳定性稳定性 右移。右移。

31、4.原始组织、加热温度和保温时间原始组织、加热温度和保温时间在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均匀的在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均匀的A，使等温转变曲线右移，使等温转变曲线右移，Ms降低。降低。当原始组织相同时，提高当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时间，将促进碳化温度，延长保温时间，将促进碳化物溶解，也会使化物溶解，也会使C曲线右移曲线右移5.塑性变形：塑性变形：无论高温和低温塑性变形，均加速过冷无论高温和低温塑性变形，均加速过冷A的转变。的转变。原因：原因：（1）相变前形变奥氏体处于完全再结晶状态时，）相变前形变奥氏体处于完全再结晶状态时，其原因是再结晶细化

32、了奥氏体晶粒；其原因是再结晶细化了奥氏体晶粒；（2）相变前形变奥氏体处于加工硬化状态时，其）相变前形变奥氏体处于加工硬化状态时，其原因是形变促进了晶界与晶内（如滑移带、孪晶）原因是形变促进了晶界与晶内（如滑移带、孪晶）形核；形核；（3）相变前形变奥氏体中析出大量细小的形变诱）相变前形变奥氏体中析出大量细小的形变诱发碳化物时，其原因是形变诱发碳化物促进了珠光发碳化物时，其原因是形变诱发碳化物促进了珠光体的晶内形核。体的晶内形核。5.3.2 过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变（一（一)建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线 -CCT 曲线曲线 C-c

33、ontinuousC-coolingT-transformationVk（一）一）共析碳钢共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间(lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷（一）共析钢（一）共析钢CCT图分析图分析 共共析析钢钢过过冷冷奥奥氏氏体体连连续续转转变变动动力力学学图图的的基基本本形形式式如如图图，该该图图的的纵纵坐坐标标为为温温度度，横横坐坐标标为为时时间间，采采用用对数坐标。对数坐标。1、线、区的意义、线、区的意义 线线：纵纵坐坐标标为为温温度度，横横坐坐标标为为时时间间，A1线线，MS、Mf线线、P转转变变开开始线，始线，

34、P转变终了线，转变终了线，P转变中止线。转变中止线。区区：稳稳定定A区区，过过冷冷A区区，过过冷冷A连连续续冷冷却却P转转变变区区（AP），M形形成成区区（AM）、转转变变产产物物区区（P、M）。）。注注意意：共共析析钢钢的的过过冷冷奥奥氏氏体体连连续冷却转变图无贝氏体转变续冷却转变图无贝氏体转变一 冷却速度对转变产物的影响当VVc 时，A过M当VVc时，A过P当VcVVc时，A过M+P实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线代替CCT曲线作定性分析，判断获得M的难易程度。注意：注意：VC和和VC为临界冷却速度，为临界冷却速度，上临界冷却速度上临界冷却速度 VC 下临界冷却速度下临界冷却速度

35、 VC 稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf连续冷却过程中连续冷却过程中 TTT 曲线的分析曲线的分析V1V2VkV3V4V1=5.5/s:炉冷炉冷;PV2=20/s:空冷空冷;SV3=33/s:油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s:水冷水冷;M+A残残二、亚(或过)共析碳钢的连续冷却转变曲线图2-8 0.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930；时间：30min 三三 非共析钢非共析钢CCTCCT图分析图分析 1.1.亚共析钢亚共析钢CCTCCT图图 亚亚共共析析钢钢CCTCC

36、T图图与与共共析析钢钢CCTCCT图图有有很很大大的的差差别别，亚亚共共析析钢钢CCTCCT图出现了先共析图出现了先共析F F析出区和贝氏体转变区。析出区和贝氏体转变区。向下曲折向下曲折 2.过共析钢过共析钢CCT图图 过共析钢过共析钢CCT图与共析钢图与共析钢CCT图相似，无贝氏体转图相似，无贝氏体转变区，不同的是出现了先共析变区，不同的是出现了先共析Fe3C析出区。析出区。向上曲折向上曲折 共析、过共析钢的共析、过共析钢的CCT图上无贝氏体转变区图上无贝氏体转变区原因：原因：n 由由于于碳碳含含量量较较高高，使使贝贝氏氏体体相相变变需需要要扩扩散散更更多多的的碳碳原原子子，转转变变速速度度

37、太太慢慢，从从而而在在连连续续冷冷却却条条件件下，转变难以实现。下，转变难以实现。n 母母相相奥奥氏氏体体的的碳碳含含量量较较高高时时，奥奥氏氏体体的的屈屈服服强强度度也也较较高高，导导致致切切变变阻阻力力增增大大，难难以以按按切切变变机机制制实现点阵改组。实现点阵改组。MS 线发生曲折线发生曲折n 有有部部分分贝贝氏氏体体相相变变时时，贝贝氏氏体体铁铁素素体体先先析析出出，提高了提高了A中的碳含量，中的碳含量，MS，向下曲折向下曲折。n 有有部部分分珠珠光光体体相相变变时时，渗渗碳碳体体是是领领先先相相，使使A的的C%，MS，向上曲折向上曲折。CCT曲线位于曲线位于C曲线的右下方曲线的右下方

38、 连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。四、共析碳钢四、共析碳钢 TTT 曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线曲线TTT曲线曲线 1、CCT曲线相对于TTT图向右下方移动 2、CCT曲线只有相当于TTT图上半部分 3、共析、过共析钢的CCT图上不出现B相变。4、转变在一个温度范围内完成，往往获得混合组织 5 5、存在临界冷却速度、存在临界冷却速度（VcVc）主要由于主要由于C%高，高，B体相变需要扩散

39、较多碳原子，相变速度太慢，从而体相变需要扩散较多碳原子，相变速度太慢，从而在实际冷却条件下，难以实现相变对成分的要求。母相在实际冷却条件下，难以实现相变对成分的要求。母相C%高，导致切变高，导致切变阻力增大，难以实现按切变机制实现点阵改组的模式。阻力增大，难以实现按切变机制实现点阵改组的模式。nMs线发生曲折线发生曲折nF先析出，先析出，B相变，使相变，使A的的C%，使之向下曲折（，使之向下曲折（Ms下降）。下降）。n部分部分P相变，使相变，使A的的C%，Ms，向上曲折。，向上曲折。不同冷却条件下的转变产物(共析钢共析钢)等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)

40、T+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间温温度度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？习题一：习题一：1、金属固态相变有哪些主要特征？、金属固态相变有哪些主要特征？2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？3、金属固态相变主要有哪些变化？、金属固态相变主要有哪些变化？4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？5、固态相变的长大速度受什么控制？、固态相变的长大速度受什么控制？6、C曲线为何呈曲线为何呈“C”型？影响型？影响C曲线的因素有哪些？曲线的因素有哪些？6 6 钢的整体热处理钢的整体热处理