Z8熱處理原理

1、第八章第八章 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理本章目的：本章目的： 1 闡明鋼的熱處理的基本原理；闡明鋼的熱處理的基本原理； 2 揭示鋼在熱處理過程中工藝組織揭示鋼在熱處理過程中工藝組織性能的變化規(guī)律；性能的變化規(guī)律；本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：（1）C曲線的實(shí)質(zhì)、分析和應(yīng)用；曲線的實(shí)質(zhì)、分析和應(yīng)用；（2）過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變及回火轉(zhuǎn)變的）過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變及回火轉(zhuǎn)變的各種組織的本質(zhì)、形態(tài)和性能特點(diǎn)；各種組織的本質(zhì)、形態(tài)和性能特點(diǎn)； (3) 馬氏體高強(qiáng)度高硬度的本質(zhì)馬氏體高強(qiáng)度高硬度的本質(zhì)一一 熱處理的定義及作用熱處理的定義及作用 1 熱處理的定義：金屬或合金在熱處理的定義：金屬或合金在固態(tài)固態(tài)下于一下于一

2、定介質(zhì)中定介質(zhì)中加熱加熱到一定溫度，到一定溫度，保溫保溫一定時(shí)間，一定時(shí)間，以一定速度以一定速度冷卻冷卻下來的一種綜合工藝。下來的一種綜合工藝。TtT保溫保溫t保溫保溫V冷卻冷卻V加熱加熱 2 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線 四個(gè)重要參數(shù)：四個(gè)重要參數(shù)： V加熱加熱、 T保溫保溫、 t保溫保溫、V冷卻冷卻 三個(gè)基本過程：加熱、保溫、冷卻三個(gè)基本過程：加熱、保溫、冷卻 8-1 熱處理概述熱處理概述2 熱處理的意義及作用熱處理的意義及作用 意義：意義： 應(yīng)用廣泛、應(yīng)用廣泛、 效果顯著效果顯著 ： 汽車零件汽車零件80%；工模具、軸承；工模具、軸承100%例：例：45#鋼，鋼，840加熱，不同方式冷卻

3、加熱，不同方式冷卻冷卻方式冷卻方式隨爐冷卻隨爐冷卻空氣冷卻空氣冷卻油冷油冷水冷卻水冷卻HRC1518182440505260組織組織P+FP+F（少）少）組織細(xì)組織細(xì)M+PM作用：作用：（1）顯著提高材料的顯著提高材料的使用性能使用性能 （2）改善）改善加工性能加工性能（切削、熱處理）。（切削、熱處理）。二二 熱處理的條件熱處理的條件有固態(tài)相變有固態(tài)相變加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金。加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金。+LL + + LLL+ + + L + 為什么鋼能熱處理為什么鋼能熱處理? 固態(tài)相變固態(tài)相變 有相變重結(jié)晶有相變重結(jié)晶 C溶解度顯著變化溶解度顯著變化 可固溶強(qiáng)化可固溶強(qiáng)化熱處理溫度區(qū)間

4、：熱處理溫度區(qū)間： A1 T TNJEF 熱處理第一步熱處理第一步 加熱奧氏體化加熱奧氏體化LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C鐵碳相圖鐵碳相圖 8-2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一一 奧氏體形成的機(jī)理奧氏體形成的機(jī)理1 奧氏體組織結(jié)構(gòu)和性能奧氏體組織結(jié)構(gòu)和性能 定義：定義：C 及合金元素固溶于面心立及合金元素固溶于面心立方結(jié)構(gòu)的方結(jié)構(gòu)的 -Fe 中形成的固溶體。中形成的固溶體。 C溶于溶于相八面體間隙中，相八面體間隙中， R間隙間隙 = 0.535 A R c=0.77A 晶晶格畸變，并非所有晶胞均可溶碳，格畸變，并非所

5、有晶胞均可溶碳， 1148 2.5個(gè)晶胞溶一個(gè)個(gè)晶胞溶一個(gè)C原子。原子。 性能：順磁性；比容最??；性能：順磁性；比容最??； 塑性好；線膨脹系數(shù)較大塑性好；線膨脹系數(shù)較大 奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化 以共析鋼為例以共析鋼為例 F + Fe3C A (727 ) 成分成分(C%) 0.0218 6.69 0.77 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 體心立方體心立方 復(fù)雜斜方復(fù)雜斜方 面心立面心立方方 說明奧氏體化中須兩個(gè)過程：說明奧氏體化中須兩個(gè)過程： C 成分變化成分變化： C 的擴(kuò)散的擴(kuò)散 鐵鐵晶格改組晶格改組： Fe 擴(kuò)散擴(kuò)散3 奧氏體形成熱力學(xué)條件奧氏體形成熱力學(xué)條件 熱力學(xué)條件熱力

6、學(xué)條件: TA1 原因：原因：以珠光體與奧氏體的以珠光體與奧氏體的體積自由能之差來提供驅(qū)體積自由能之差來提供驅(qū)動(dòng)力以克服新相晶核的表動(dòng)力以克服新相晶核的表面能及彈性能面能及彈性能FTFPFAA1 影響過熱度主要因素影響過熱度主要因素: V加熱加熱 V加熱加熱，過熱度，過熱度T；TT實(shí)際實(shí)際 存在過熱度存在過熱度T : T實(shí)際實(shí)際- T理論理論A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3同理，冷卻過程的固態(tài)相變需同理，冷卻過程的固態(tài)相變需過冷度過冷度 鋼的熱處理中六個(gè)重要的溫度參數(shù)：鋼的熱處理中六個(gè)重要的溫度參數(shù)： A1 A3 Acm ； Ac1 Ac3 Accm 加熱過程加熱過程

7、Ar1 Ar3 Arcm 冷卻過程冷卻過程4 奧氏體形成過程（共析鋼）奧氏體形成過程（共析鋼） （4）奧氏體中）奧氏體中 C 的擴(kuò)散均勻化。的擴(kuò)散均勻化。 (萬秒萬秒) （3） 剩余剩余 Fe3C 的溶解；的溶解； (千秒千秒)（2）奧氏體向）奧氏體向 F 及及 Fe3C 兩側(cè)長大兩側(cè)長大(幾百秒幾百秒) 四個(gè)階段：四個(gè)階段：（1）奧氏體在）奧氏體在FFe3C 界面上形核（界面上形核（10秒）秒） * 任何固態(tài)相變均需形核與長大過程任何固態(tài)相變均需形核與長大過程 * 形核需要形核需要“三個(gè)起伏條件三個(gè)起伏條件”： 成分起伏、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏成分起伏、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏 故晶界或缺陷處易形核故

8、晶界或缺陷處易形核5 亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體化過程亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體化過程 亞共析鋼：亞共析鋼：F + P F + A A 過共析鋼：過共析鋼： Fe3C + P Fe3C + A A 例：例：球化退火，要求獲得粒狀珠光體球化退火，要求獲得粒狀珠光體 要求要求A 中中 C 不均勻不均勻 控制第三、四階段控制第三、四階段* 奧氏體化的目的奧氏體化的目的： 獲獲成分均勻、晶粒細(xì)小成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒的奧氏體晶粒 * 實(shí)際熱處理中實(shí)際熱處理中 須控制須控制奧氏體化程度奧氏體化程度。三三 奧氏體晶粒度及影響因素奧氏體晶粒度及影響因素 1 奧氏體晶粒度概念?yuàn)W氏體晶粒度概念 奧氏體晶

9、粒度表示奧氏體晶粒大小，工業(yè)奧氏體晶粒度表示奧氏體晶粒大小，工業(yè)上一般上一般分為分為8級(jí)級(jí)。 1-4 級(jí)粗級(jí)粗(0,-1)，5-8 級(jí)細(xì)，級(jí)細(xì)，8級(jí)以上極細(xì)級(jí)以上極細(xì); 計(jì)算式：計(jì)算式： n = 2 N-1 N：晶粒度級(jí)別晶粒度級(jí)別 n：1平方英寸視場中所包含的平方英寸視場中所包含的平均晶粒數(shù)平均晶粒數(shù)(100X)。 標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別圖標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別圖 標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別圖標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別圖奧氏體有三種不同概念的晶粒度奧氏體有三種不同概念的晶粒度 (1) 初始晶粒度初始晶粒度： 奧氏體轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)的晶粒大小。奧氏體轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)的晶粒大小。 通常極細(xì)小通常極細(xì)小 (2) 實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度： 具體加熱

10、條件下獲得的奧氏體晶粒大小具體加熱條件下獲得的奧氏體晶粒大小 與具體熱處理工藝有關(guān)：與具體熱處理工藝有關(guān)： 熱處理溫度熱處理溫度，時(shí)間，時(shí)間 ，晶粒長大。，晶粒長大。 與晶粒是否容易長大有關(guān)與晶粒是否容易長大有關(guān) 引入本質(zhì)晶粒度概念引入本質(zhì)晶粒度概念（3）本質(zhì)晶粒度）本質(zhì)晶粒度 指鋼在特定的加熱條件下，奧氏體晶指鋼在特定的加熱條件下，奧氏體晶粒長大的傾向性，分為本質(zhì)粗晶粒度粒長大的傾向性，分為本質(zhì)粗晶粒度和本質(zhì)細(xì)晶粒度。和本質(zhì)細(xì)晶粒度。 測定方法：加熱至測定方法：加熱至93010，保溫，保溫8h， 若若A晶粒晶粒1-4 級(jí)：級(jí)：本質(zhì)粗晶粒度鋼本質(zhì)粗晶粒度鋼， 5-8 級(jí)：級(jí)：本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼本質(zhì)

11、細(xì)晶粒度鋼。關(guān)于本質(zhì)晶粒度概念的要點(diǎn)關(guān)于本質(zhì)晶粒度概念的要點(diǎn)： 表征表征該鋼種在通常的熱處理?xiàng)l件下該鋼種在通常的熱處理?xiàng)l件下 A 晶粒晶粒長大的趨勢長大的趨勢，不代表真實(shí)、實(shí)際晶粒大?。?，不代表真實(shí)、實(shí)際晶粒大??； 本質(zhì)粗晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定粗大，本質(zhì)粗晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定粗大，本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定細(xì)?。槐举|(zhì)細(xì)晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并非一定細(xì)?。欢c具體的熱處理工藝有關(guān)。而與具體的熱處理工藝有關(guān)。 本質(zhì)晶粒度主要與成分或冶煉條件有關(guān)本質(zhì)晶粒度主要與成分或冶煉條件有關(guān) 機(jī)理：機(jī)理： 難溶粒子的機(jī)械阻礙作用難溶粒子的機(jī)械阻礙作用 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼脫氧鎮(zhèn)靜鋼 含含V、Ti、Nb、

12、Zr 鋼鋼機(jī)理：機(jī)理： 難溶粒子的難溶粒子的機(jī)械阻礙作用機(jī)械阻礙作用 例如：例如：AlN、VN、TiN、NbN、ZrN本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼 是確定熱處理工藝參數(shù)以及熱處理質(zhì)是確定熱處理工藝參數(shù)以及熱處理質(zhì)量的重要依據(jù)量的重要依據(jù) “過熱過熱” ：熱處理加熱中：熱處理加熱中A晶粒顯著粗晶粒顯著粗化化 本質(zhì)粗晶粒鋼：須嚴(yán)格控制加熱本質(zhì)粗晶粒鋼：須嚴(yán)格控制加熱T、t 需熱處理件盡可能選擇本質(zhì)細(xì)晶粒鋼需熱處理件盡可能選擇本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 例如例如：滲：滲 C 用鋼用鋼 20MnVB, 20CrMnTi 本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼2 影響奧氏體晶粒長大的因影響奧氏體晶粒長大的因

13、素素 加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間 T、 t ，A 晶粒長大；晶粒長大； T 的影響遠(yuǎn)大于的影響遠(yuǎn)大于 t12501050 900 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 t晶粒度晶粒度 加熱速度加熱速度 常規(guī)加熱速度下影響不大常規(guī)加熱速度下影響不大 快速加熱，短時(shí)保溫的超細(xì)快速加熱，短時(shí)保溫的超細(xì)化工藝如高頻加熱，激光加熱等化工藝如高頻加熱，激光加熱等 成分成分 強(qiáng)烈阻礙強(qiáng)烈阻礙：Al、V、Ti、Zr、Nb 原因：機(jī)械阻礙理論原因：機(jī)械阻礙理論 形成難溶碳、氮化物形成難溶碳、氮化物 中等阻礙：中等阻礙：Cr、W、Mo 促進(jìn)長大：促進(jìn)長大： Mn、P、溶入溶入 A 的的 C 降低鐵原子的結(jié)合降低鐵原子的結(jié)合

14、力，促進(jìn)鐵的擴(kuò)散力，促進(jìn)鐵的擴(kuò)散 8-3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 冷卻過程冷卻過程熱處理工藝的關(guān)鍵部熱處理工藝的關(guān)鍵部分，對(duì)控制熱處理以后的組織與性能起分，對(duì)控制熱處理以后的組織與性能起著極大作用，不同的冷卻速度獲不同的著極大作用，不同的冷卻速度獲不同的組織與性能。組織與性能。 1 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 Fe、C均擴(kuò)散均擴(kuò)散 亞共析鋼：亞共析鋼： F+P; 共析鋼：共析鋼：P； 過共析鋼：過共析鋼： P+Fe3C 珠光體類型珠光體類型 化學(xué)成分與晶格類型的轉(zhuǎn)變均靠擴(kuò)散實(shí)化學(xué)成分與晶格類型的轉(zhuǎn)變均靠擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 擴(kuò)散類型擴(kuò)散類型2 中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物Fe不擴(kuò)散，不擴(kuò)散，C部分?jǐn)U

15、散部分?jǐn)U散 (C過飽和的）過飽和的）+Fe3C的機(jī)械混合物的機(jī)械混合物 貝氏體類型貝氏體類型( B) 化學(xué)成分的變化靠擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分的變化靠擴(kuò)散實(shí)現(xiàn) 晶格類型的轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散性晶格類型的轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散性 半擴(kuò)散性半擴(kuò)散性 3 低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 Fe、C均不擴(kuò)散均不擴(kuò)散非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型 得得 C 在在-Fe 中的中的過飽和過飽和固溶體固溶體 馬氏體馬氏體 馬氏體類型馬氏體類型( M) 熱處理的兩種冷卻方式：熱處理的兩種冷卻方式：等溫冷卻等溫冷卻 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線線 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線一一 過冷奧氏體等溫

16、轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線 (Temperature-Time-Transformation)T A1MsMfAMM+ARA過冷過冷ABAPAPB700500200 孕孕HRC154045 5560110102103104105過冷奧氏體過冷奧氏體與與奧氏體奧氏體的區(qū)別的區(qū)別C曲線曲線 產(chǎn)物：產(chǎn)物：P：珠光體珠光體B：貝氏體貝氏體M：馬氏體馬氏體 鼻點(diǎn)鼻點(diǎn) 2 要點(diǎn)要點(diǎn); 不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同；不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同； 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1550)： 珠光體珠光體( P)擴(kuò)散型擴(kuò)散型 中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550MS) ： 貝氏體貝氏體( B)半擴(kuò)散型半擴(kuò)散型

17、低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MSMf)： 馬氏體馬氏體( M)非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型 存在孕育期存在孕育期 過冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備時(shí)間過冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備時(shí)間 代表代表 A過冷過冷穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 存在鼻點(diǎn)：存在鼻點(diǎn)： 孕育期最短，孕育期最短， A過冷過冷最不穩(wěn)定；最不穩(wěn)定； T轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)物硬度，產(chǎn)物硬度。 馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使變組織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實(shí)用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實(shí)用亞共析鋼、過共析鋼亞共析鋼、過共析鋼C曲線曲線 ：亞共析鋼、過共析鋼亞共析

18、鋼、過共析鋼C曲線曲線 ：以珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)槔阂灾楣怏w轉(zhuǎn)變?yōu)槔?亞共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變式：亞共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變式： AF先共析先共析 + P 過共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變式：過共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變式： A Fe3C先共析先共析 + P 多一條先共析相析出線；多一條先共析相析出線； 先共析相量隨轉(zhuǎn)變溫度下降而減少，先共析相量隨轉(zhuǎn)變溫度下降而減少，鼻點(diǎn)溫度以下無先共析相析出。鼻點(diǎn)溫度以下無先共析相析出。 轉(zhuǎn)變溫度的降低會(huì)抑制先共析轉(zhuǎn)變溫度的降低會(huì)抑制先共析相的析出；相的析出； 當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度足夠低，先共析相當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度足夠低，先共析相的析出被完全抑制的析出被完全抑制由由非共析成非共析成分分獲得的共析組織稱為獲得的共

19、析組織稱為偽共析體偽共析體二二 影響影響 C 曲線的因素曲線的因素 與奧氏體狀態(tài)有關(guān)與奧氏體狀態(tài)有關(guān) 1 化學(xué)成分化學(xué)成分 （1） 含碳量含碳量： 理論理論：奧氏體中：奧氏體中 C%，C 曲線右移。曲線右移。 F 相難析出相難析出，珠光體轉(zhuǎn)變難進(jìn)行，珠光體轉(zhuǎn)變難進(jìn)行， 實(shí)際實(shí)際；亞亞共析鋼：共析鋼：C%，C 曲線右移曲線右移； 過過共析：共析：C%，左移左移； 未溶未溶 Fe3C指溶入奧氏體中的指溶入奧氏體中的C0.9%C0.9C+0.5Mn0.9C+1.2Mn 0.9+2.8MnTT0.5C0.5C+2%Cr0.5C+4%Cr0.5C+8%Cr （2） 合金元素合金元素 除除Co、Al（WA

20、l2.5%）外，其它合金元外，其它合金元素隨素隨 Me%，C曲線右移曲線右移 須溶入須溶入 A 中中 TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,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：只改變非碳化物形成元素：只改變C曲線位置曲線位置 Co,Al,Ni,Cu,Si強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響：等的影響： 改變改變C 曲線位置和形態(tài)曲線位置和形態(tài)T中強(qiáng)碳化物形成中強(qiáng)碳化物形成元素元素Cr 的影響的影響強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響等的影響 碳化物形成元素改變碳化物形成元素改變 C 曲線位置和

21、形狀曲線位置和形狀 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等；等； 對(duì)對(duì)Ms點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響： Co、Al 使使 Ms ， 其它合金元素使其它合金元素使 Ms 2 奧氏體組織奧氏體組織： 愈細(xì)，成分及組織愈不均勻，愈細(xì)，成分及組織愈不均勻，未溶第二相愈多未溶第二相愈多左移。左移。 T、t，晶粒粗大，成分、組晶粒粗大，成分、組織均勻，織均勻，A 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 右移。右移。 其它：其它： 應(yīng)力和塑性變形應(yīng)力和塑性變形三三 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線( Continous Cooling Transformation -CCT ) Vc：連續(xù)冷卻中全部連續(xù)冷卻中全部 A過過

22、 M的最小的最小V冷冷 臨界淬火速度臨界淬火速度 上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度 VC：連續(xù)冷卻中全部連續(xù)冷卻中全部 A過過 P 的最大的最大V冷冷 下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度：P； ：M； ：P+M共析碳鋼共析碳鋼 TTT 與與 CCT 曲線曲線A1MsMfTCCVcVcMM+PP 共析碳鋼共析碳鋼 CCT曲線曲線 共析碳鋼共析碳鋼 TTT曲線曲線PS PkVc 冷卻速度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型的影響：冷卻速度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型的影響： 可用可用VC、VC判斷。判斷。 當(dāng)當(dāng) V VC 時(shí)，時(shí)， A過冷過冷M ； 當(dāng)當(dāng)VVC時(shí)，時(shí)， A過冷過冷P ； 當(dāng)當(dāng) VC V VK 轉(zhuǎn)變式：轉(zhuǎn)變式：A(f.c.c ,

23、 0.77C%)M(b.c.c or b.c.t , 0.77C%) 只有晶格改組而無成分變化只有晶格改組而無成分變化1 馬氏體晶體結(jié)構(gòu)馬氏體晶體結(jié)構(gòu) 馬氏體：馬氏體： C 在在-Fe 中的中的過飽和過飽和固溶體固溶體。 單相單相 亞穩(wěn)亞穩(wěn)正方度：正方度： c/a-c/a =1+0.046C% 馬氏體：馬氏體：體心立方體心立方, C%1另：體心斜方另：體心斜方, C%1.4%, c/a1, b/a1bac2 馬氏體組織特征馬氏體組織特征(1)板條狀馬氏體板條狀馬氏體 單元體單元體(單晶體單晶體) 板條狀板條狀 組合特征組合特征：0.10.3m10 m馬氏體束 一些位向相同的板條晶構(gòu)成馬氏體束；

24、一些位向相同的板條晶構(gòu)成馬氏體束； 原奧氏體晶粒中含原奧氏體晶粒中含35個(gè)位向不同的個(gè)位向不同的 M 束束 塊狀馬氏體塊狀馬氏體主要存在于主要存在于低碳鋼中低碳鋼中( C%0.2%) 低碳馬氏體低碳馬氏體 形成溫度較高形成溫度較高 高溫馬氏體高溫馬氏體 片狀馬氏體片狀馬氏體 組織形態(tài)及特點(diǎn)組織形態(tài)及特點(diǎn)： 單元體：片狀單元體：片狀， 中間厚、兩邊薄中間厚、兩邊薄凸凸透鏡狀透鏡狀或或針狀針狀； 組合特征：組合特征： 片與片之間不平行，約呈片與片之間不平行，約呈60； 晶粒大小不等，先大后小，晶粒大小不等，先大后小， 先形成的先形成的 M 片貫穿片貫穿A晶粒；晶粒； 亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)： 平行的細(xì)小孿晶

25、平行的細(xì)小孿晶 孿晶馬氏體孿晶馬氏體。 形成的溫度較低形成的溫度較低低溫馬氏體低溫馬氏體 高碳鋼中常出現(xiàn)高碳鋼中常出現(xiàn)高碳馬氏體高碳馬氏體孿晶孿晶 其它形態(tài)馬氏體其它形態(tài)馬氏體 閃電狀、蝴蝶狀等閃電狀、蝴蝶狀等 (4)工業(yè)用鋼中淬火馬氏體金相形態(tài)工業(yè)用鋼中淬火馬氏體金相形態(tài) 低碳鋼低碳鋼：C 1.0%，片狀，片狀0 0.4 0.8 1.2 C , % 7550 25100板條馬氏體量，板條馬氏體量，%淬火馬氏體金相形態(tài)影響因素：淬火馬氏體金相形態(tài)影響因素： 實(shí)質(zhì)取決于實(shí)質(zhì)取決于轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度： 高于高于200 板條狀馬氏體；板條狀馬氏體； 低于低于200 片狀馬氏體片狀馬氏體因因 C% ，

26、Ms及及Mf 形態(tài)與形態(tài)與C%關(guān)系關(guān)系: 低碳低碳板條狀；板條狀； 高碳高碳片狀片狀 C%MsMf溫度，溫度， Ms，A強(qiáng)度低（強(qiáng)度低（210Mpa），易孿生（所），易孿生（所需應(yīng)力?。┬钁?yīng)力小） 孿晶孿晶 , 片狀。片狀。 分界溫度大約為分界溫度大約為200 ； 滑移或?qū)\生所需應(yīng)力與溫滑移或?qū)\生所需應(yīng)力與溫度及馬氏體亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系度及馬氏體亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系應(yīng)應(yīng)力力溫度溫度孿生孿生滑移滑移板條狀板條狀片狀片狀200 本質(zhì)：奧氏體變形方式的分界溫度本質(zhì)：奧氏體變形方式的分界溫度3 馬氏體的性能馬氏體的性能(1) 硬度和強(qiáng)度硬度和強(qiáng)度 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 總體：高硬度、高強(qiáng)度總體：高硬度、高強(qiáng)度 注意：注意：

27、、硬度、強(qiáng)度主要取決于、硬度、強(qiáng)度主要取決于C%, Me影響小。影響小。 C%, 馬氏體馬氏體 HRC。、須注意、須注意馬氏體硬度馬氏體硬度與與鋼硬度鋼硬度的差異。的差異。 C%, 淬火鋼淬火鋼HRC, 0.6%C后基本趨于后基本趨于定值。定值。 AR%高于高于ACm淬火淬火高于高于AC1淬火淬火馬氏體硬度馬氏體硬度 注意注意馬氏體硬度馬氏體硬度與與鋼硬度鋼硬度的差異。的差異。Fe3CAR%鋼中馬氏體強(qiáng)化機(jī)制鋼中馬氏體強(qiáng)化機(jī)制： C 的的固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化： 相變強(qiáng)化相變強(qiáng)化(亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化)： 高密度位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)；高密度位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)； 時(shí)效時(shí)效(沉淀沉淀)強(qiáng)化強(qiáng)化： C 向缺陷處

28、擴(kuò)散偏聚或析出，釘扎位錯(cuò)。向缺陷處擴(kuò)散偏聚或析出，釘扎位錯(cuò)。C%0.6121：未時(shí)效：未時(shí)效2：0時(shí)效時(shí)效3hFe-Ni-C合金馬氏體合金馬氏體 低碳低碳 M “自回火自回火”。 （2）塑性與韌性塑性與韌性片狀片狀M：硬而脆；硬而脆； 板條板條M：強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌 與亞結(jié)構(gòu)有關(guān)與亞結(jié)構(gòu)有關(guān)板條板條M 塑韌性好的原因：塑韌性好的原因： 含碳量低含碳量低, 過飽和度??；過飽和度?。?淬火內(nèi)應(yīng)力小，形成微裂紋的敏感度??；淬火內(nèi)應(yīng)力小，形成微裂紋的敏感度??；高碳片狀高碳片狀M塑韌性差的原因：塑韌性差的原因： C過飽和度高，畸變大，過飽和度高，畸變大， 淬火內(nèi)應(yīng)力大，形成微裂紋的敏感度高。淬火內(nèi)應(yīng)力大，形成

29、微裂紋的敏感度高。4 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 無擴(kuò)散性無擴(kuò)散性 切變共格切變共格 不完全性不完全性: 轉(zhuǎn)變?cè)谝欢囟确秶鷥?nèi)進(jìn)轉(zhuǎn)變?cè)谝欢囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行，存在殘余奧氏體。行，存在殘余奧氏體。 轉(zhuǎn)變快速性：轉(zhuǎn)變快速性： M形成速度極快，形成速度極快，10-510-7S(1) 形成原因形成原因 、比容因素比容因素：M的形成為體積膨脹過程的形成為體積膨脹過程 、淬火溫度通常高于淬火溫度通常高于Mf 中高碳鋼、合金鋼的中高碳鋼、合金鋼的 Mf 室溫室溫,5 殘余奧氏體及其控制因素殘余奧氏體及其控制因素C%MsMf溫度，溫度，0.6 (2) 影響影響A殘殘%的因素的因素 主要取決于主要取決于MS

30、化學(xué)成分化學(xué)成分C%AR %60 40 20 0.5 0.7 0.9 1.1 經(jīng)驗(yàn)式經(jīng)驗(yàn)式： MS ()=535-317wc-33wMn-28wCr -17wNi -11(wSi+wMo+wW)注注： 非簡單迭加；非簡單迭加； 須固溶入須固溶入 A 中。中。 C%，Me , MS 、Mf, AR ；1%C 使使MS 約約300 (3) 殘余奧氏體的作用及控制殘余奧氏體的作用及控制 有害作用：有害作用： 組織不穩(wěn)定；組織不穩(wěn)定； 尺寸不穩(wěn)定；尺寸不穩(wěn)定； 軟，耐磨性差。軟，耐磨性差。 有益作用：適量有益作用：適量 AR 可一定程度提高韌性?？梢欢ǔ潭忍岣唔g性。 例如：軸承鋼中保留適量例如：軸承鋼

31、中保留適量AR 控制方法：控制方法： 熱處理分解熱處理分解 冷處理轉(zhuǎn)變?yōu)槔涮幚磙D(zhuǎn)變?yōu)镸： - 40 - 60 1 組織形態(tài)組織形態(tài) 上貝氏體上貝氏體(550 350 )組織構(gòu)成組織構(gòu)成： (C)+Fe3C 鐵素體鐵素體： 碳過飽和碳過飽和( 0.03%)； 成束、板條狀平行排列；成束、板條狀平行排列； 位錯(cuò)（位錯(cuò)（108109cm-2)； 滲碳體滲碳體：粒狀或短桿狀分布：粒狀或短桿狀分布在在 F 板條之間。板條之間。六六 鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變上貝氏體上貝氏體Fe3C過飽和過飽和相相羽毛狀羽毛狀下貝氏體下貝氏體(350 230 )組織組織: (C)+FexC 鐵素體：鐵素體： 碳過飽和碳

32、過飽和( 0.3%) 針、片狀，互不平行；針、片狀，互不平行； 更高密度位錯(cuò)。更高密度位錯(cuò)。 滲碳體滲碳體：粒狀或短桿狀平行：粒狀或短桿狀平行分布在分布在 F 相內(nèi)部。相內(nèi)部。過飽和過飽和相相Fe3C針狀針狀 3 貝氏體的機(jī)械性能貝氏體的機(jī)械性能 （1）強(qiáng)度和硬度）強(qiáng)度和硬度 鐵素體：鐵素體： 取決于晶粒大小、取決于晶粒大小、C及及Me固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)密度固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)密度 碳化物：取決于彌散度、數(shù)量碳化物：取決于彌散度、數(shù)量 s(B上上)s(B下下)（2） 韌性韌性 ak（ B下下）ak（ B上上）原因：原因： B上上中碳化物分布條間，有中碳化物分布條間，有明顯方向性，尺寸較大；明顯方向性，尺

33、寸較大；4 魏氏組織及性能魏氏組織及性能魏氏組織魏氏組織 ：在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度：在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度相對(duì)較快時(shí)，鋼中先共析相（先共析鐵素相對(duì)較快時(shí)，鋼中先共析相（先共析鐵素體或先共析滲碳體）以針狀或片狀形態(tài)從體或先共析滲碳體）以針狀或片狀形態(tài)從原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內(nèi)平原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內(nèi)平行或規(guī)則生長，并與片狀珠光體混合存在，行或規(guī)則生長，并與片狀珠光體混合存在，該組織稱為該組織稱為。 形成條件：形成條件： A晶粒粗大；冷速適當(dāng)晶粒粗大；冷速適當(dāng) 緩慢：緩慢：Fe擴(kuò)散擴(kuò)散網(wǎng)狀網(wǎng)狀F； 過快：過快：C來不及擴(kuò)散，抑制來不及擴(kuò)散，抑制F形成形成 總體：總

34、體：冷速較大時(shí)易冷速較大時(shí)易形成形成 魏氏組織的機(jī)械性能：魏氏組織的機(jī)械性能： 韌性韌性; 消除方法：正火消除方法：正火 珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)比較珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)比較轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變類型珠光體珠光體貝氏體貝氏體馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度高溫高溫(Ar1550)中溫中溫(BSMS)低溫低溫(V臨界臨界，M 或或 B?；鼗鸹鼗穑捍慊痄摷訜岬降陀谂R界點(diǎn)：淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)A1的某溫的某溫度，保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的熱度，保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的熱處理工藝。處理工藝。目的目的：（1）調(diào)整鋼強(qiáng)硬度與塑韌性的配）調(diào)整鋼強(qiáng)硬度與塑韌性的配合，獲要求的性能；合，獲要求的性能；

35、（2）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂；）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂；（3）穩(wěn)定組織，防尺寸變化。）穩(wěn)定組織，防尺寸變化。 1 回火過程中的組織轉(zhuǎn)變回火過程中的組織轉(zhuǎn)變 M+AR不穩(wěn)定組織不穩(wěn)定組織C的析出，四個(gè)過程：的析出，四個(gè)過程：馬氏體分解（馬氏體分解（250）； M + ( FexC , x 2.4 ) 過飽和過飽和 彌散、共格、亞穩(wěn)彌散、共格、亞穩(wěn)回火馬氏體回火馬氏體(2) 殘余奧氏體分解（殘余奧氏體分解（200300）；）；(3) 碳化物類型的轉(zhuǎn)變（碳化物類型的轉(zhuǎn)變（250400）；）； （Fe5C2）(Fe3C)(4) 相回復(fù)與再結(jié)晶，碳化物聚集長大相回復(fù)與再結(jié)晶，碳化物聚集長

36、大（400650） 相等軸化；相等軸化； 相球化相球化 回復(fù)態(tài)回復(fù)態(tài)相相相相(Fe3C) 回火屈氏體回火屈氏體 再結(jié)晶再結(jié)晶相球化與聚集長大的相球化與聚集長大的(Fe3C) 回火索氏體回火索氏體2 回火鋼的機(jī)械性能回火鋼的機(jī)械性能 (1) 硬強(qiáng)度及塑韌性硬強(qiáng)度及塑韌性 : 回火回火T, 強(qiáng)硬度強(qiáng)硬度, 塑韌性塑韌性； 但但ak有低谷有低谷回火脆性回火脆性強(qiáng)硬度強(qiáng)硬度, 塑韌性塑韌性的原因：的原因： C 脫溶，脫溶，相過飽和度相過飽和度 + 或或 位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度或?qū)\晶消失；或?qū)\晶消失； 碳化物的聚集長大；碳化物的聚集長大； 相的回復(fù)、再結(jié)晶相的回復(fù)、再結(jié)晶 畸變片狀晶畸變片狀晶平衡等軸晶平衡等

37、軸晶 (2) 內(nèi)應(yīng)力變化（自學(xué)）內(nèi)應(yīng)力變化（自學(xué)）回火溫度， 100 200 300 400 500 600 700AR %內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力M中中C%滲碳體尺寸滲碳體尺寸（3） 回火脆性回火脆性 分類分類 ： 第一類回火脆性第一類回火脆性(低溫低溫） 250400，不可逆性；，不可逆性； 第二類回火脆性（高溫第二類回火脆性（高溫） 450650，可逆性；，可逆性； 定義定義： 隨回火溫度提高，淬火鋼韌性在某隨回火溫度提高，淬火鋼韌性在某些溫度區(qū)間顯著下降的現(xiàn)象。些溫度區(qū)間顯著下降的現(xiàn)象。 100 200 300 400 500 600 700回火溫度，回火溫度， 510152025 ak快冷快冷慢冷慢冷0.3%C-1.7%Cr-3.4Ni 低溫回火脆性形成原因及防止方法低溫回火脆性形成原因及防止方法 形成原因：形成原因： 片狀碳化物沉淀理論片狀碳化物沉淀理論; 雜質(zhì)偏聚：雜質(zhì)偏聚：防止方法防止方法：a. 避免在此溫度區(qū)間回火；避免在此溫度區(qū)間回火； b. 使使 的溫度的溫度： c. 采用等溫淬火采用等溫淬火. 注：無