第六章 钢的热处理2 机械工程材料

（三）马氏体的转变TransformationofMartensite1.马氏体形成过程：1）转变温度230（Ms)～-50℃（Mf)2）转变条件快速冷却（冷却过程中不与C曲线相遇）3）转变特点•M转变是非扩散性的，Fe、C不能扩散。•快速冷至Ms以下，γ-Fe要转变为α-Fe，C在α-Fe中的溶解度极小。但又不能扩散出去，形成C在α-Fe中的过饱和固溶体—M。•晶格严重畸变，形成大量位错。M和原A含C量是一样的，使α-Fe的体心立方晶格被歪曲成为体心正方晶格。•0.25%，M的晶格仍为体心立方（C原子偏聚在缺陷处不产生明显畸变所致）;•0.25%，（c/a1,正方度）体心正方晶格。C%↑，正方度愈大、硬度极高、比容增大。马氏体的体心正方晶格•转变是在一段温度区间形成，不是恒温转变。A→M相变是不完全的。即使冷却至Mf点温度，也不能获得100%M，总有A不能转变——残余奥氏体Aˊ。Aˊ10%不会影响HB，Aˊ10%会影响HB。•Ms、Mf温度线由A的成分决定，不受冷却速度及其它因素影响。C%↑，Ms、Mf↓。0.5%C以上，Mf点下降室温以下。（图6-15，P69）2.M组织形态低碳M（0.2%），板条状、大量位错；高碳M（1.0%），针片状、大量孪晶；0.2～1.0%C，混合M。3.性能★HB：决定于含碳量。C%↑→HB↑。0.6以后处于平缓（图6-14）。合金元素对M硬度影响不大。含碳量对M硬度的影响主要是由于过饱和碳原子与M中的晶体缺陷的交互作用引起的固溶强化所造成。★板条状M的塑性δ、韧性αk好：原因：（1）C在M过饱和程度小c/a≈1,晶格畸变轻微，残余应力小；（2）亚结构是位错。★针片状M的塑性δ、韧性αk差：原因：（1）C在M过饱和程度大c/a1，晶格严重畸变，残余应力大；（2）亚结构是孪晶。三.影响C曲线的因素1.含碳量的影响：亚共析钢C%↑→“C”曲线右移过亚共析钢C%↑→“C”曲线左移说明共析钢的过冷A最稳定。注意：图５-1２，P113(a)A→F先析出线。2.合金元素的影响：（1）除钴（Co）外，所有溶入A的合金元素都使“C”曲线右移。缓慢冷却，也得M，可淬硬。（2）碳化物形成元素能改变“C”曲线形状。3.加热温度、保温时间的影响：升高加热温度，延长保温时间→提高过冷A的稳定性，使“C”曲线右移。四.过冷奥氏体连续冷却转变图生产实践中，A大多是在连续冷却中转变的，就要利用连续转变曲线，用膨胀法测定。常借用“C”曲线来说明连续冷却曲线。1.曲线建立将一组试样A化以后，以不同冷却速度连续冷却，测转变开始、转变结束的温度和时间，记录组织、硬度，连接开始点、结束点——曲线。（图5-13，P113）Vk临界冷却速度，获得全部M的最小速度。过冷奥氏体连续冷却转变图2.用TTT曲线代替CCT曲线应注意以下几点：共析钢及过共析钢在连续冷却条件下，没有贝氏体转变；连续冷却条件下所获得的P类组织，其片层间距不相等；TTT曲线的孕育期要比CCT曲线短。3.由“C”曲线来估计连续冷却时的转变情况（共析钢）由“C”曲线来估计连续冷却时的转变情况。。V1随炉冷却—P；V2空冷—S；V3油冷—T+M；V4水冷—M+AˊVKˊ临界冷却速度第三节钢的整体热处理一.钢的退火1.退火的概念是将钢加热到临界点温度以上，经保温后缓慢冷却下来的热处理方法。2.退火的目的1）细化晶粒（铸、锻件）；2）清除内应力（铸、锻件冷却不均，变形不均）；3）降低硬度便于进行切割；4）为最终热处理作好组织上的准备。3.退火操作及其应用完全退火：片间距不等的P类组织等温退火：片间距相等的P类组织适用范围：适用于亚共析钢和合金钢的铸、锻件球化退火：球状珠光体适用范围：适用于亚共析钢和过共析钢（包括高碳合金钢）去应力退火：组织不变，去掉工件的残余应力二.钢的正火1.正火是将钢加热到AC3以上30～50℃或ACcm以上30～50℃保温后从炉中取出在空气中冷却。2.目的1）细化晶粒；2）对于低、中碳钢正火后，有利于切削加工（HB170～250）；3）对于过共析钢，可抑制或消除网状二次渗碳体，有利于球化退火；4）对于不太重要的普通零件，作为最终热处理。各种退火和正火的加热温度范围三、钢的淬火淬火：将钢加热到AC3或AC1以上，保温后进行快速冷却的热处理（A→M）目的：为了获得M，提高钢的硬度和耐磨度。（一）淬火工艺1、加热温度★亚共析钢：AC3+30～50℃，淬火后细小的M。温度过高—粗晶，变形大；温度过低—有F，硬度不足。★过共析钢：AC1+30～50℃，M+Fe3C（粒状）耐磨性↑若加热到Accm以上:①粗M，脆性大；②A含碳量过高，Ar↑；③变形大，开裂。★合金元素（除Mn，P外）都阻止A长大，所以淬火温度高；又因为温度高，合金元素可溶解到A里去，使C曲线右移。★碳钢的加热温度范围（p117，图5-17）碳钢的加热温度范围2、冷却速度淬火：V冷V临界理想淬火速率：既要获得M，又要少变形、开裂；鼻尖处快，其它处可慢，650-400℃快。冷却速度过快：①引起热应力；②马氏体转变将使体积胀大（M比容量大，A比容最小）V冷大，内外温差大，组织应力；③应力引起变形与开裂。3、冷却介质(P11表5－3)常用的有水、盐水、油。水：650℃～400℃冷却很大，300℃～200℃仍很大，产生很大的应力，工件严重变形，甚至开裂。盐水（10～15%）：增加650℃～400℃的冷却能力，基本上不改变.它在300～200℃的冷却速度（晶体食盐在工作表面的析出，爆裂，驱除蒸汽膜，氧气膜）。油：650℃～400℃冷却速度很小，对碳钢不能得到M，300～200℃冷却速度远比水小。