金属材料概论第六章-2

授课教师:王艳学习内容：第一节概述第二节钢的加热组织转变第三节钢的冷却组织转变第四节钢的整体热处理工艺学习内容：第三节钢的冷却组织转变一、概述二、过冷奥氏体等温转变三、过冷奥氏体连续转变四、“C”曲线的影响因素(二）过冷奥氏体转变产物的组织与性能（一）共析钢过冷奥氏体的等温转变图（一）共析钢过冷奥氏体(Ar)的等温转变图过冷奥氏体在不同的过冷温度(△T)下等温过程中转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图TTT曲线或C曲线TransitiontemperatureTransitiontimeTransitionproductamount奥氏体冷却至临界温度(A1)以下，在热力学上处于不稳定状态，需经一个孕育期后才开始转变的奥氏体1·实验方法（金相—硬度法）：将共析钢加工成ф10×1.5mm圆片状薄试样并分成若干组在相同加热温度下奥氏体化保温一段时间（10~15min）→得到均匀A组织迅速冷却到A1点以下不同温度的盐浴中保温每隔一段时间取出一组试样立即淬入盐水中→使未转变的AM若过冷A没有发生等温转变若过冷A已经开始发生分解若过冷A全部的分解完毕试样的组织全为白色的M水淬后试样的组织无M产物为黑色转变开始时间：将奥氏体转变的体积分数为1~3%所需的时间转变终了时间：将奥氏体转变的体积分数为95~98%所需的时间050100A转变量％时间,s0.510102600℃400℃700℃2.建立将各曲线上的转变开始时间和终止时间,标在转变温度-时间的图上,并将各点连起来→共析碳钢奥氏体等温转变曲线600℃400℃700℃050100A转变量％时间,s0.510102600℃400℃700℃时间,s3·分析：①水平线A1奥氏体和珠光体的平衡温度②A1线以上奥氏体稳定区,不发生转变,能长期存在600℃400℃700℃A1AA+P600℃400℃700℃A1A1线以下,MS线以上和转变开始线以左的区域过冷奥氏体转变开始线和终了线之间过冷奥氏体正在转变区转变终了线以右转变产物区MsPBAPB以转变开始线与纵坐标之间的水平线距离表示Ar在不同温度下等温转变所需的孕育期不同：600400700A1MsAPB★在550℃左右最短,奥氏体最不稳定,转变速度最快—“鼻尖”★随温度降低,孕育期先逐渐变短,后又逐渐变长；600℃400℃700℃A1APB③MS线:A向M开始转变温度钢的上马氏体点马氏体转变开始点Ms④Mf线：A向M转变终了温度钢的下马氏体点马氏体转变终止点Mf⑤MS线与Mf线之间马氏体和A共存区600℃400℃700℃A1APBMsMfA→M⑥三个不同的温度区—Ar发生三种不同的转变高温转变—珠光体转变区中温转变—贝氏体转变区600℃400℃700℃APBMfA→M550℃A1A1~550℃:转变产物为P550℃~Ms:转变产物为BMs低温转变—马氏体转变区Ms~Mf:奥氏体转变为M低于Mf全为M⑥三个不同的温度区—A发生三种不同的转变600℃400℃700℃APBA→M550℃A1MsMfM（二）过冷奥氏体转变产物的组织与性能珠光体转变贝氏体转变马氏体转变1·珠光体转变：A1~550℃之间CFeFACCCP3%69.6%0218.0%77.0正交晶格体心立方面心立方铁、碳原子的扩散晶格的改组形核和长大—属于扩散型转变600℃400℃700℃APBMfA→M550℃A1（1）珠光体的形态与形成按Fe3C形态不同，P分类片层状珠光体球状珠光体Fe3C1、新相的晶核在奥氏体晶界上优先产生：∵C%(渗碳体，6.69%)C%(奥氏体,0.77%)∴渗碳体需要从周围的奥氏体中吸收C原子才能长大∴造成附近的奥氏体贫碳→为形成铁素体创造条件一般认为，形成珠光体的领先相是渗碳体0.0218%2、在渗碳体两侧通过晶格改组形成铁素体。Fe3CFF横向长大横向长大纵向长大３、铁素体长大过程，不断向两侧的奥氏体中排出多余的碳使周围奥氏体的碳含量增加促进另一片渗碳体形成不断交替形核长大，各个珠光体区相互的接触奥氏体全部消失→形成珠光体！P（2）珠光体的性能取决于层片间距珠光体团中相邻两片渗碳体或铁素体之间的距离（S0）转变温度的降低(T)→层片间距↓nmTS301002.8PST600℃700℃550℃A1粗珠光P索氏体S屈氏体T根据片间距的大小，将P分为三类：A1～680℃:片间距较大(0.6~1.0m)—粗珠光P680~600℃:片间距较小(0.25~0.3m)—索氏体S(细)600~550℃:片间距更小(0.1~0.15m)—屈氏体T(极细)2·贝氏体转变：550℃~Ms之间（1）贝氏体的形态与形成按组织形态及转变温度不同上贝氏体下贝氏体A在B转变温度区转变形成Fe3C分布在C过饱和的F基体上的非层状亚稳组织羽毛状黑色针状APBA1550℃Ms上贝氏体550~350℃下贝氏体350~Ms点PA1Ms下B550℃上B350℃碳化物AAr的贫碳区先孕育出铁素体晶核F’碳过饱和状态碳有从铁素体中向奥氏体扩散的倾向沿条的长轴方向析出碳化物铁素体条的伸长、变宽，生长着铁素体的碳不断地通过界面排到其周围的奥氏体中条间奥氏体的碳不断富集C%↑↑（2）贝氏体的性能等温转变温度对共析钢机械性能的影响HVaK等温转变温度t/℃550℃350℃上贝氏体:强度和韧性较差，没有实用价值→工程材料中应避免上贝氏体组织的形成550~350℃（2）贝氏体的性能等温转变温度对共析钢机械性能的影响HVaK等温转变温度t/℃550℃350℃Ms下贝氏体:(350~Ms点)强度高,韧性好→综合机械性能好，是一种有应用价值的组织3·马氏体转变：Ms~Mf之间1、晶格改组γ-Fe(fcc)α-Fe(bcc)2、无铁、碳原子的扩散C%(M)=C%(A)(1)晶体结构马氏体中过饱和C使某一晶轴的晶格常数↑晶格常数c/a的比值马氏体正方度-Fe的体心立方晶格CaFeCca体心正方晶格(2)马氏体的组织形态(1)片状马氏体：片状马氏体板条马氏体→高碳马氏体→低碳马氏体(2)板条马氏体：空间形态呈双凸透镜状。由于在显微镜下看到的是金相试面上的马氏体截面形态→故呈针状或竹叶状空间形态呈椭圆形截面的细长条状。许多尺寸大致相同的马氏体定向相互平行排列→构成一个马氏体束(ωC1.0%)(ωC0.30%)片状马氏体的组织示意图和显微组织马氏体片板条马氏体的组织示意图和显微组织(3)马氏体的性能碳的质量分数组织形态①强度和硬度马氏体的碳浓度Wc(%)507040602030100.20.400.60.81.0硬度(HRC)2000抗拉强度σb(Mpa)180014001000600200②马氏体的塑性和韧性高碳马氏体：脆性大，塑性和韧性很差低碳马氏体：塑性和韧性较高→应用广泛随马氏体中C含量↑而↑，wC0.6%后趋于稳定(4)马氏体转变的特点γ-Fe(fcc)-Fe(bcc)晶格改组无需孕育期★降温停止,M量的增长也×★在其间保温,M量不明显↑★wC%↑，Ms与Mf的位置↓700500300100-1000.40.81.21.62.00温度℃Wc(%)MsMf600℃400℃700℃A1APBMsMf∵即使冷却到Mf点，也不可能获得100％的马氏体90507030100.90.70.51.11.31.51.7Wc(%)残余奥氏体量(%)∴总有部分未能转变而残留下来的奥氏体“AR”残余奥氏体的数量随奥氏体的含碳量↑而↑A1APBMsMf为什么要消除残余奥氏体?方法是什么?残余奥氏体的存在→↓钢的硬度和耐磨性在长期使用过程中会发生转变,使工件尺寸发生变化,精度降低淬火后可在0℃以下冷却消除方法（一）共析钢A连续冷却转变图研究冷却速度对A分解及分解产物不同冷却速度的连续冷却条件下，过冷A转变为亚稳定产物时，转变开始及转变终止的时间与转变温度之间的关系曲线图CCT曲线ContinuousCoolingTransformation①建立—膨胀法，金相法，热分析法★制备多组试样Φ3×10㎜★真空感应加热到奥氏体状态★程序控制或不同冷却方式→得到不同冷却速度★确定转变开始点（φ=1%），转变终了点（φ=99%）所对应的温度和时间★将试验测得的数据标在温度—时间对数坐标中,连接相同意义的点温度T时间lgτ水冷油冷空冷炉冷MsMfA1②分析：※Ps线为AP转变开始线※Pf线为AP转变终了线※KK’线为AP转变终止线当冷却曲线碰到KK’线时,Ar就不再发生P转变，而一直保留到Ms点以下转变为M温度T时间lgτ水冷油冷空冷炉冷MsMfA1PsPfKK’※Ms和冷速vK线以下为马氏体转变区保证过冷A在连续冷却过程中不发生转变而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需最小冷却速度连续冷却曲线的“鼻尖”相切的冷却速度温度T时间lgτ水冷油冷空冷炉冷MsMfA1PsPfKK’vK②分析：温度T时间lgτMsA1TTTCCT共析钢连续冷却曲线转变曲线与等温转变曲线比较◎CCT曲线只有TTT曲线的上半部分→共析钢在连续冷却时只有珠光体和马氏体转变而无贝氏体转变◎CCT曲线位于TTT曲线的右下方→连续冷却时,A完成P转变的温度↓,过冷度↑,孕育期↑。abcgfedMsMfAc1Ta:水冷(单介质淬火)M(M+残余A)b:分级淬火M(M+残余A)c:油冷T+M(T+M+残余A)d:等温淬火，下Be:空冷，Sf:炉冷，Pg:等温退火，P