工程材料学 第5章.ppt

第5章 钢的热处理 奥氏体形成是通过形核与长大实现的，凡是影响形核与长大的因素，都影响奥氏体的形成速度。 (1) 加热速度的影响 加热速度↑，奥氏体化温度↑，过热度↑，相变驱动力↑； 同时由于奥氏体化温度↑，原子扩散速度↑，形核与长大的速度↑，从而加快奥氏体的形成。 (2) 化学成分的影响 钢中含碳量↑，碳化物数量↑，F和Fe3C的相界面↑，奥氏体晶核数↑，其转变速度↑。 钢中的合金元素不改变奥氏体的形成过程，但能影响奥氏体的形成速度。因为合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的奥氏体形成速度一般比碳钢慢，尤其高合金钢，奥氏体化温度比碳钢要高，保温时间也较长。 (3) 原始组织的影响 钢的原始组织中碳化物分散度越大，相界面越多，形核率越大；原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致奥氏体形成速度加快。 片状P比粒状P的奥氏体形成速度快，原因是片状珠光体的相界面较大，渗碳体较薄，易于溶解，加热时奥氏体容易形成。 不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的奥氏体晶粒随着加热温度升高会迅速长大，称为“本质粗晶粒钢” ；而有些钢的奥氏体晶粒则不容易长大，只有加热到更高温度时才开始迅速长大，称为 “本质细晶粒钢”。 晶粒度在1～4级的为本质粗晶粒钢，5～8级为本质细晶粒钢。 (2) 影响奥氏体晶粒大小的主要因素 ①加热温度 加热温度越高，保温时间足够长，奥氏体晶粒越容易自发长大粗化。当加热温度确定后，加热速度越快，相变时过热度越大，相变驱动力也越大，形核率提高，晶粒越细，所以快速加热，短时保温是实际生产中细化晶粒的手段之一。加热温度一定时，随保温时间延长，晶粒也会不断长大。但保温时间足够长后，奥氏体晶粒就几乎不再长大而趋于相对稳定。 ②钢的化学成分 碳：钢中碳以固溶态存在时，C↑，奥氏体晶粒长大倾向增大；碳以碳化物形成存在时，有阻碍晶粒长大的作用。 钢中合金元素：碳化物形成元素能阻碍晶粒长大，非碳化物形成元素有的阻碍晶粒长大（如：Cu、Si、Ni等），有的促进晶粒长大（如P、Mn）。 【总结】 低碳、板条状马氏体组织金相图 (3)马氏体的力学性能 马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量，通常情况是随含碳量的增加而升高。 含碳量对马氏体硬度的影响机制：过饱和碳原子与马氏体中的晶体缺陷交互作用引起的固溶强化造成的。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。板条马氏体具有较好的塑性和韧性（亚结构：位错），片状马氏体脆性大（亚结构：孪晶）。 (4)马氏体组织转变的特点 ①无扩散性 马氏体转变是在很大的过冷度下进行的，转变温度低，转变时没有铁原子和碳原子的扩散，只发生从γ-Fe到α-Fe的晶格改组。因而在马氏体转变过程中没有成分变化，马氏体和原奥氏体中固溶的碳量一致。 ②切变共格性 ?由于原子不能进行扩散，因而晶格的转变以切变的机制进行。在切变过程中，由面心立方的奥氏体转变为体心立方的马氏体。切变不仅使晶格改变，还使切变部份的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形。 ③马氏体转变在一个温度范围内进行 在通常情况下，过冷奥氏体向马氏体转变开始后，必须在不断降温条件下转变才能继续进行，冷却过程中断，转变立即停止，马氏体转变与保温时间无关。即使温度降低到Mf以下，奥氏体也不能100%转变为马氏体，总有部分奥氏体未转变而残留下来，这部分奥氏体称为残余奥氏体，用“A′”或“γ′”表示。 除Al、Co元素外，溶解到奥氏体中的元素均使Ms、Mf下降；碳含量增多，Ms、Mf点降低。 经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为残余奥氏体。在Ms与Mf温度之间过冷奥氏体与马氏体共存。 在Ms温度以下，转变温度越低，残余奥氏体量越少。随奥氏体中含碳量的增加Ms和Mf均会降低，可见在同样的冷却速度下（或冷却介质中），奥氏体中含碳量越高，马氏体中的残余奥氏体就越多。 (2) 共析钢C曲线的建立 将若干试样都在同样加热条件下使之奥氏体化，以获得均匀细小的奥氏体； 将每组试样分别投入到A1温度线以下不同温度（710℃、650℃、600℃、550℃、450℃……）的恒温中，使过冷奥氏体进入等温转变，记录下转变的开始和终了时间； 将试验测得的点画在温度、时间坐标系中，将具有相同意义的点连成线，便得到了共析钢等温转变图。 由于图中曲线形状与英文字母“C”字相似，故又称为C曲线。 过共析碳钢C曲线上，多出一条先析渗碳体（二次渗碳体）析出线。 ③ 原始组织、加热温度和保温时间的影响 （奥氏体化条件的影响） 奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移。 (