第二節(jié)奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

第二節(jié)奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體在不同冷卻方式下的轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖三、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)及性能四、影響C曲線位置和形狀的因素五、C曲線的意義和應(yīng)用六、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖簡(jiǎn)介一、奧氏體在不同冷卻方式下的轉(zhuǎn)變按Fe－Fe3C平衡相圖進(jìn)行平衡轉(zhuǎn)變。（二）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變奧氏體在一定冷速下進(jìn)行的轉(zhuǎn)變。冷速不同，得到的組織也不同，最終性能也不同。（一）極其緩慢冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼平衡組織為：亞共析鋼平衡組織為：過(guò)共析鋼平衡組織為：PF+PP+Fe3CⅡ研究過(guò)冷奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變行為兩個(gè)工具過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT）過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT）（三）等溫冷卻轉(zhuǎn)變將A迅速過(guò)冷到A1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，使過(guò)冷奧氏體在恒溫下完成轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。過(guò)冷奧氏體——在A1以下存在的尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的A。（一）TTT曲線的測(cè)定采用金相法測(cè)定。1.制樣：把鋼材制成Φ10×1.5mm的圓片試樣（鉆小孔，便于提?。殖扇舾山M。2.

奧氏體化：取一組試樣，在鹽爐內(nèi)加熱使之完全A化。3.

等溫：將A化后的試樣快速投入A1以下某一溫度的浴爐中進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。二、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)4.

記時(shí)：每隔一定時(shí)間取出一個(gè)試樣急速淬入水中，而后將各試樣取出制樣，進(jìn)行金相組織觀察。對(duì)各試樣做金相組織觀察和硬度測(cè)定就可以得出各等溫溫度下不同等溫時(shí)間內(nèi)奧氏體的轉(zhuǎn)變量，就可以得到在該溫度下過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)。

將其余各組試樣，用上述方法分別測(cè)出不同等溫條件下過(guò)冷A轉(zhuǎn)變開(kāi)始和終了時(shí)間，最后將所有轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)和終了時(shí)間點(diǎn)標(biāo)在溫度、時(shí)間(對(duì)數(shù))坐標(biāo)上，并分別連接起來(lái)，即得C曲線。共析碳鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖建立Ttt2tnt1（二）圖形分析穩(wěn)定奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)

過(guò)冷

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū)半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū)無(wú)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf過(guò)冷A轉(zhuǎn)變開(kāi)始線過(guò)冷A轉(zhuǎn)變終了線M+過(guò)冷AM

（一）珠光體轉(zhuǎn)變(A1～550℃)

A（γ）→P（+Fe3C）(P為片層相間平行排列的機(jī)械混合物)全擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變——通過(guò)Fe、C原子的擴(kuò)散和A晶格的改組來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體的轉(zhuǎn)變過(guò)程珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖AFe3CAFe3CFe3CAP溫度/℃A相變層片間距HRC性能A1~650A→P（珠光體）0.6～0.8μm，500×分清10～20隨片間距減小，強(qiáng)度、塑、韌性升高650~600A→S（索氏體）0.25μm，1000×分清20～30600~550

A→T（屈氏體）0.1μm，5000×分清30～40２.珠光體轉(zhuǎn)變的組織及性能

索氏體（S）屈氏體（T）珠光體（P）粒狀珠光體組織

P除了片狀以外，還有粒狀P。

Fe3CⅡF

A→B(+Fe3C)，其中相具有一定的碳過(guò)飽和度。

過(guò)冷A→B上(550℃~350℃)，羽毛狀

半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變——碳原子擴(kuò)散，鐵原子不擴(kuò)散。

Fe3C以較粗大桿狀或片狀分布在較寬的F片之間，易發(fā)生脆斷。硬度HRC40～45，工業(yè)上不應(yīng)用。（１）上貝氏體（二）貝氏體轉(zhuǎn)變(550℃～230℃)1.貝氏體的組織和性能B上顯微組織光鏡照片A晶界ααFe3CααFe3C上BB上轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖

Fe3C細(xì)小，均勻分布在過(guò)飽和F針內(nèi)，強(qiáng)韌性好，硬度50～60HRC，是工業(yè)生產(chǎn)上追求的組織。可采用等溫淬火得到。過(guò)冷A→B下（350℃~230℃），黑色針狀

（2）下貝氏體B下顯微組織光鏡照片M灰色針狀B下黑色針狀A(yù)'白色塊狀B下轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖碳化物碳化物碳化物下B2.B下氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程補(bǔ)充資料20Cr粒狀貝氏體40Cr上貝氏體40Cr下貝氏體GCr15上貝氏體GCr15下貝氏體馬氏體：C在α－Fe中的過(guò)飽和固溶體，用M表示。（１）晶體結(jié)構(gòu)體心正方無(wú)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變——僅發(fā)生Fe的晶格改組（面心立方→體心正方）

（三）馬氏體轉(zhuǎn)變（低于Ms點(diǎn))

馬氏體的組織結(jié)構(gòu)和性能馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)用c／a的比值反映馬氏體的正方度

馬氏體形態(tài)取決于A中的含碳量。（２）馬氏體組織形態(tài)板條M（低碳M）與片狀M（高碳M）。WC

>1.0%：片狀M0.2％<WC

<1.0％：板條M＋片狀MWC<0.2%：板條M主要有兩種形態(tài)：片狀M（高碳M、孿晶M）板條M（低碳M、位錯(cuò)M）A′片狀M其強(qiáng)度、硬度取決于M中的含碳量。含碳量增加，硬度升高。（３）性能：高的硬度和強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化過(guò)飽和碳原子強(qiáng)烈地引起點(diǎn)陣畸變，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，故使馬氏體顯著強(qiáng)化。相變強(qiáng)化大量晶體缺陷，如位錯(cuò)、孿晶以及層錯(cuò)等，使得馬氏體強(qiáng)化，其本質(zhì)類似于形變強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化碳原子通過(guò)擴(kuò)散產(chǎn)生偏聚或碳化物彌散析出，釘扎位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而造成馬氏體時(shí)效強(qiáng)化

塑性、韌性取決于碳的過(guò)飽和度和亞結(jié)構(gòu)形式

高碳片狀M的硬度高，塑、韌性很差；

板條M強(qiáng)韌性好。

高碳片狀M的塑、韌性均很差的主要原因：

1）碳在M中過(guò)飽和程度大，晶格畸變嚴(yán)重，殘余應(yīng)力大，有顯微裂紋；

2）片狀M內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶。低碳板條M的塑、韌性相當(dāng)好的主要原因：

1）碳在M中過(guò)飽和程度小，晶格畸變輕微，殘余應(yīng)力??；

2）板條M內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是位錯(cuò)。（4）轉(zhuǎn)變的不完全性。（1）無(wú)擴(kuò)散性。僅是晶格的改組而沒(méi)有成分的變化。（3）非恒溫性。（2）高速度。瞬間形核，瞬間長(zhǎng)大。A中的C%↑則MS、Mf↓，殘余A含量↑。

2.M轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)有殘余奧氏體（A'）。Ms與Mf點(diǎn)主要取決于奧氏體的含碳量。

奧氏體的碳含量對(duì)殘余奧氏體量的影響MsWc(%)

00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0－200－1000100200300400500600700溫度/℃Mf奧氏體的碳含量對(duì)M轉(zhuǎn)變溫度的影響

A′會(huì)降低淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在使用過(guò)程中或長(zhǎng)期存放時(shí)，A′會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起鋼件尺寸精度的變化。冷處理在淬火后立即進(jìn)行，他是淬火的繼續(xù)。處理溫度根據(jù)鋼的Mf點(diǎn)決定，通常在-50℃~-80℃。3.冷處理（一）奧氏體成分的影響

1.含碳量的影響亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼四、影響C曲線位置和形狀的因素（1）形狀：多一條過(guò)冷AF（Fe3CⅡ）的轉(zhuǎn)變開(kāi)始線，且Ms、Mf線上（下）移。亞共析鋼：隨含碳量的增加，C曲線逐漸向右移

過(guò)共析鋼：隨著含碳量的增加，C曲線反而向左移

共析鋼的C曲線最靠右

與共析鋼對(duì)比：（2）位置：

除Co、Al（>2.5%）外，所有溶入奧氏體的合金元素均會(huì)使C曲線右移。

2.合金元素的影響向右移MsA1tT鉻對(duì)C曲線的影響110102200400600800溫度/℃時(shí)間/s0.5％C2.2％Cr103104105110102200400600800溫度/℃時(shí)間/s0.5％C4.2％Cr103104105碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V存在使C曲線形狀變化，變成兩拐彎。23.45鋼常用的淬火冷卻介質(zhì)是（）。（a）空氣（b）油（c）水（d）油+水24.40Cr鋼常用的淬火冷卻介質(zhì)是（）。（a）空氣（b）油（c）水（d）鹽水隨堂思考題（見(jiàn)習(xí)題集上２３、２４題）加熱溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，碳化物溶解充分,奧氏體成分越均勻,提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而使C曲線右移。3.奧氏體化條件的影響2.對(duì)同一種鋼來(lái)說(shuō)，奧氏體晶粒越粗大，淬透性越好。（）3.對(duì)同一種鋼來(lái)說(shuō)，奧氏體晶粒越粗大，其力學(xué)性能越好。（）隨堂思考題（見(jiàn)習(xí)題集上２、３題）（一）利用TTT圖近似地估計(jì)連續(xù)冷卻條件下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物冷卻方式顯微組織冷速工藝名稱爐冷PV1退火空冷S V2正火油冷T+M+A’V3淬火水冷M+A’V4淬火1.

判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變所得到的組織。五、C曲線的意義和應(yīng)用應(yīng)用共析碳鋼C曲線估計(jì)連續(xù)冷卻所得到的組織2.馬氏體淬火臨界冷卻速度實(shí)際淬火臨界冷卻速度:Vk′—獲得完全M組織的最小冷卻速度或與轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相切的冷卻速度tm—C曲線鼻尖處溫度τm—C曲線鼻尖處時(shí)間淬火臨界冷卻速度:（二）確定工藝參數(shù)

（三）

確定冷處理工藝的溫度例如：等溫退火、等溫淬火和分級(jí)淬火等溫退火分級(jí)淬火等溫淬火τfτst0τsτst032.減少高碳鋼殘余奧氏體量可以采用的方法是（）（a）提高加熱溫度（b）降低加熱溫度（c）采用水冷（d）采用油冷33.減少高碳鋼殘余奧氏體量可以采用的方法是（）（a）提