第二节钢在热处理加热和冷却时的组织转变.doc

第二节 钢在热处理加热和冷却时的组织转变 在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。 加热转变、 冷却转变（等温冷却转变、 连续冷却转变）? 一、钢在热处理加热与保温时的组织转变??? ——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。 ? ??? 加热至Ac1P → A）；??? 加热至Ac3以上时：亚共F → A）；??? 加热至Accm以上Fe3CI → A） 1、奥氏体的形成过程??? 共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。 工程材料及成形工艺基础 ? 共析钢奥氏体化过程 亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化 过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化 2、奥氏体的晶粒大小 奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。?? [奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。 工程材料及成形工艺基础 5级? ?6级 奥氏体的标准晶粒度?? ×100倍 ??????? [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。 3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素???? 热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。??? 钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。??? 原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。 加热转变、 冷却转变（等温冷却转变、 连续冷却转变）? 二、钢在冷却时的组织转变 冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。 奥氏体冷却降至A1以下时（A1以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将发生组织转变。热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。 ?45钢经840℃加热在不同条件冷却后的力学性能 冷却方法 /MPa 屈服点 /MPa 断后伸长率/％ 断面收缩率/％ 硬度/HRC 随炉冷却 530 280 32.5 49.3 15～18 空气中冷却 670～720 340 15～18 45～50 18～24 油中冷却 900 620 18～20 48 40～50 水中冷却 1100 720 7～8 12～14 52～60 1、等温冷却转变 ?[等温冷却转变]：钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点(Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。 ?[等温转变曲线]：可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“TTT图”，T——time，T——temperature，T——transformation”，又称为“C曲线”。 工程材料及成形工艺基础 ?? 等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A1线以下不同温度进行等温转变所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。 ? [ 高温转变]：转变温度范围为A1～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。 ? 依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高，塑性也有所改善。 550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状； 350～MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。 工程材料及成形工艺基础 珠光体转变 贝氏体转变 转变类型 转变温度 ／℃ 转变产物 符号 显微组织特征 硬度HRC 高温转变 Ac1～650 珠光体 P 粗片状铁素体与渗碳体混合物 25 650～600 索氏体 S