工程材料_第3章-C曲线

习题1.A1线的物理意义是什么？2.C曲线是描述什么组织发生转变的图形？3.奥氏体在600℃，500℃和300℃保温过程中分别会发生什么转变，转变过程各是怎样的？4.什么是马氏体转变？马氏体的性能怎样？5.钢的淬透性是指什么？6.钢在油中淬火会发生什么组织转变？3.1.2热处理原理温度时间加热保温冷却A1A3Acm钢加热时的转变C-曲线C-曲线是对碳钢加热得到奥氏体后，在冷却过程中组织转变进行分析的工具。钢的热处理工艺有两种冷却方式：(1)等温冷却转变:就是使加热到奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷到A1线以下一定的温度，然后进行保温，使奥氏体在等温下发生组织转变。（2）连续冷却转变：是指在冷却过程中，随着时间的延长温度连续下降。在实际生产中大多数的冷却过程是连续冷却。一.钢在热处理时的冷却方式热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却共析钢过冷奥氏体等温转变曲线图3-6共析钢等温冷却转变曲线0400600700200B下B上TSPMM+A残A过冷A1500300Ms(240℃)Mf(-55℃)110102103104105106T℃τ(s)高温转变中温转变低温转变a.高温转变共析钢奥氏体过冷到A1～550℃之间，等温转变的产物属于珠光体型组织。奥氏体转变成珠光体的过程也是一个铁素体与渗碳体交替生核长大的过程。如图3-7所示。珠光体的形成首先在奥氏体的晶界上产生渗碳体晶核，渗碳体的含碳量高于奥氏体，所以要将周围奥氏体中的碳原子吸收过来，与此同时，使附近的奥氏体含碳量降低,为铁素体的形成创造了有利条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体的溶碳能力很低，在其长大过程中必须将过剩的碳转移到相邻的奥氏体中，从而使相邻奥氏体区域中的含碳量升高，又为产生新的渗碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏体最终完全转变为铁素体和渗碳体层片相间的珠光体组织。图3-7珠光体转变过程示意图P(Fe3C+F)AFFe3CFe3C珠光体的形成过程中需要碳原子的移动。温度高时碳原子移动距离大，所形成的珠光体片层较宽，温度较低时碳原子移动困难，所形成的珠光体片层较密。在727℃～650℃之间转变得到的组织为珠光体；珠光体的形成过程中需要碳原子的移动。温度高时碳原子移动距离大，所形成的珠光体片层较宽，温度较低时碳原子移动困难，所形成的珠光体片层较密。在727℃～650℃之间转变得到的组织为珠光体；在650℃～600℃之间转变而得到的组织为索氏体，又叫细珠光体；在600℃～550℃之间转变而得到的为屈氏体，又叫极细珠光体。电镜形貌这三种珠光体类组织只有层片间距大小之分，并无本质区别。b.中温转变共析钢奥氏体过冷到550℃～240℃之间等温转变的产物属于贝氏体型的组织。在这一温区上部转变形成上贝氏体;在这一温区下部转变得到下贝氏体。下贝氏体有较高的硬度和强度，塑性和韧性也较好，而上贝氏体基本上无实用价值。c.低温转变奥氏体在240℃以下碳原子移动极为困难。奥氏体只发生同素异构转变，由面心立方的γ-铁，转变为体心立方的α—铁。原奥氏体中所有的碳原子都保留在体心立方晶格内，形成过饱和的α—铁。这种碳在α—铁中的过饱和固溶体叫马氏体。残余奥氏体共析钢奥氏体过冷到240℃(Ms)时，开始转变为马氏体，随着温度下降，马氏体逐渐增加，过冷奥氏体不断减少，直至-50℃(Mf)时，过冷奥氏体才全部转变为马氏体。所以，Ms与Mf之间的组织为马氏体和残余奥氏体。由于含碳量不同，马氏体有两种形态。含碳量较高的马氏体组织呈针叶状，叫针叶马氏体。含碳量较低的马氏体组织为板条状，叫板条马氏体。组织含碳量%机械性能HRCb(Mpa)akJ/cm2ψ(%)低碳0.240~4515006020~30高碳1.260~6550052~4(2)连续冷却图3-9共析钢连续冷却转变曲线0200400600800A1Msabcde秒)T℃a.为随炉冷却，冷却曲线与珠光体转变开始线相交时，奥氏体开始向珠光体转变；冷却曲线与转变终了线相交后转变完成。由于转变是珠光体区进行的，所以得到珠光体组织。b.为在空气中冷却，由于冷速较快，转变在索氏体区进行，所以转变产物为索氏体。c.为油冷，冷却曲线只与珠光体转变开始线相交(在屈氏体转变区)，未与转变终了线相交。所以只有一部分奥氏体发生了转变，转变产物为屈氏体；而另一部分奥氏体则在冷却到Ms线后转变为马氏体。最后得到的是马氏体和屈氏体的混合组织。即为油中冷却的产物。d.为水冷，由于冷速快，冷却曲线未与珠光体转变开始线相交，待冷到马氏体转变开始线以下时，奥氏体转变为马氏体。连续冷却曲线与等温C曲线的比较连续冷却曲线位于等温C曲线右下方，P转变温度更低，时间更长；共析钢及过共析钢的连续冷却曲线中无B型转变，而多了一条P转变终止线；亚共析钢在连续冷却时在一定温度范围内过冷A会部分转变为B。由于CCT曲线测定比较困难，许多钢至今仍无，实际热处理中常参照C曲线来定性估计连续冷却转变过程。二)共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线时间温度TAA１MsMfA→M时间温度TAA１MsMfA→M亚共析钢过共析钢亚、过共析钢的TTT曲线2.钢的淬透性(1)淬透性的概念钢的淬透性是指钢在淬火时能获得淬硬层深度的能力，它是钢材本身固有的属性。淬火时，工件截面上各处冷却速度是不同的。其表面冷却速度最大，大于该钢的马氏体临界冷却速度，淬火后获得马氏体组织。愈到中心冷却速度愈小。在距表面某一深处的冷却速度开始小于该钢的马氏体临界冷却速度，则淬火后将有非马氏体组织出现，这时工件末被淬透。(2)淬透性对力学性能的影响淬透性好的钢，其力学性能沿截面是基本相同的；而淬透性差的钢，其力学性能沿截面是不同的，愈靠近心部的力学性能愈低，特别是韧性值更为明显。(3)淬透性的测定与表示方法淬透性的测定方法很多，按GB225—63规定，结构钢末端淬透性试验(端淬试验)法是最常用的方法。用来测量淬透层的厚度。临界直径是一种直观衡量淬透性的方法。临界直径是钢在某种淬火冷却介质中冷却后，心都能得到半马氏体组织（50%）的最大直径，用Do表示。顶端淬火法临界淬透直径油淬水淬牌号Do／mm牌号Do／mm淬水淬油淬水淬油4513~16.55~9.535CrMo36~4220~286011~176~1260Si2Mn55~6232~46T1010~15＜850CrVA55~6232~4065Mn25~3017~2538CrMoAl1008020Cr12~196~1220CrMoTi22~3515~2440Cr30~3819~2830CrMnSi40~5032~4035SiMn40~4625~3440MnB50~5528~40钢的淬透性的应用钢的淬透性是机械设计中选材时应予考虑的重要因素之一。大截面零件、承受动载的重要零件、承受拉力和压力的许多重要零件（螺栓、拉杆、锻模、锤杆等），要求表面和心部力学性能一致，应选择淬透性高的材料；心部力学性能对使用寿命无明显影响的零件（承受弯曲或扭转的轴类），可选用淬透性低的钢，获得1/2~1/4淬硬层深度即可；焊接件、承受强力冲击和复杂应力的冷镦凸模等，不能或不宜选择淬透性大的材料。