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5-2 钢冷却时的组织转变 江西理工大学应科院材料教研室 钟涛生 钢加热γ化后冷却时会发生组织转变，常见的冷却方式有连续冷却和等温冷却两种。 连续冷却：将γ化后的钢以一定的冷却速度，从高温连续冷却到室温，在冷却过程中完成组织转变。 等温冷却：将γ化后的钢快速过冷到某一温度，在该温度条件下保温，在保温过程中完成组织转变。 1 过冷γ的等温冷却转变图 γ在A1温度以上能稳定存在，但是过冷到A1温度以下就不稳定，将转变成其他产物。 这种处于过冷条件下待分解的γ叫做过冷γ。 过冷γ在不同温度下等温，将会发生不同类型的转变，并且在转变时材料的硬度、体积、组织将发生变化。 1 过冷γ的等温冷却转变图 （1）等温转变图（TTT图）的建立方法 ①将γ化的钢快速冷却至A1以下不同的温度； ②采用硬度法、金相法或者膨胀法测得不同温度的下组织转变的开始时间点和终止点； ③将不同温度的开始点和终止点描至t-T坐标上； ④将相同意义的点用光滑曲线连起来即得到过冷γ的等温转变曲线，又叫做TTT曲线。又叫C曲线 共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图 1 过冷γ的等温冷却转变图 1 过冷γ的等温冷却转变图 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ①P转变区——A1-550℃之间 在该温度区间保温，过冷γ转变成P，该转变叫做高温转变，得到F+Fe3C的层片状机械混合物。 片间距随着△T的↗而↘。 根据片间距的不同，所得组织分别叫做P、S和T。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ①P转变区——A1-550℃之间 在该温度范围内，原子能充分扩散，随着T的↘，相变驱动力↗，孕育期逐渐↘，转变速度↗。 A1-650℃—生成较粗片状的P组织，普通光镜下可分辨； 650-600℃—生成细片状S组织，高倍光镜下可分辨； 550-600℃—生成极细片状T组织，电镜下可分辨； 从P→S→T，它们的片间距逐渐减小，强度和硬度逐渐↗，塑形和韧性也↗。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ①P转变区——A1-550℃之间 对于过共析钢或者合金钢，如果γ化不完全，在等温过程中将得到粒状/球状P。 虽然球状P的硬度和强度较片状P低，但是它的塑性和韧性较片状P好。 所以在生产中通常采用球化退火的方法获得球状P，以降低硬度，改善切削加工性能。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ②β转变区——550℃-Ms之间 在该温度区间保温，过冷γ转变成β，该转变叫做中温转变，得到Fe3C和含C过饱和F的机械混合物，即β体。 片间距随着△T的↗而↘。 β转变属于半扩散型转变，C原子扩散而Fe原子不扩散。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ②β转变区——550℃-Ms之间 在区域内，随着T的↘，虽然相变驱动力↗，但是C原子扩散能力↘，转变速度↘，所以孕育期↗。 550-350℃—生成羽毛状β上组织； 350℃ -Ms—生成针片状β下组织； β上在F条片间析出短棒状Fe3C，所以强度↘，韧性差。 β上是一种有害组织。 β下具有良好的综合力学性能，是一种有益组织。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ③M转变区——Ms以下 一快冷至该区域，过冷γ转变成M，该转变叫做低温转变，立即得到一种C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，即M体。 M体的晶体结构为体心正方，c/a叫做M的正方度。 C%越大，正方度越大，M的硬度越高。 M转变属于非扩散型相变，Fe、C原子不发生扩散，靠原子的切变完成相变，所以有属于切变型相变。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ③M转变区——Ms以下 M转变的特点： A、在一定的温度区间(Ms-Mf之间)完成组织转变； B、 M转变会引起体积膨胀，典型的浮凸效应； C、转变不完全性； D、转变速度快； E、无扩散性； F、切变性。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ③M转变区——Ms以下 M的组织形态和性能： M的组织形态取决于C%，当C%1%时，全部得到片状M； 当C%0.2%时，得到板条状M； 当0.2%C%1%时，得到混合M。 片状M主要在高碳钢和高碳合金钢中出现，故又叫高碳M。 片状M的立体形貌为透镜状，二维形貌呈竹叶状或针状，故又叫针状M。 1 过冷γ的等温冷却转变图 (3)过冷γ转变产物的组织形态与性能 ③M转变区——Ms以下 M的组织形态和性能： 因为片状M具有孪晶对称关系，故又叫孪晶M。 当片状M的组织细至片针在光镜下无法分辨时，这种M又叫隐针M。 片状M因C%高，c/a大，晶格畸变严重，故它的强度和硬度高，