热处理原理-钢在加热时的转变

1、1,钢在加热时的转变,3.2.2 共析钢CCT图与TTT图的区别,比较,CCT图位于TTT图右下方,共析钢CCT图与TTT图比较,区别,过冷奥氏体,连续冷却贝氏体转变被抑制,等温冷却为单一的组织，连续冷却可能为几种组织的混合,2,钢在冷却时的转变,临界冷却速度,VC共析钢过冷A全部获得马氏体的最小冷却速度上临界冷却速度,VC共析钢过冷A全部获得珠光体的最大冷却速度下临界冷却速度,MS,A,共析钢过冷A连续冷却转变的C曲线图,转变产物,M+A,时间/s,M,3,钢在冷却时的转变,亚共析钢,V1F+P,MS,A,共析钢过冷A连续冷却转变的C曲线图,M+A,时间/s,M,VC,V2F+T+M,V3M,4,共析成分的奥氏体在A1550温度范围内停留时，将发生珠光体转变。,3.3.1 珠光体的组织形态,3.3 珠光体转变,铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物珠光体,两种形态：片状珠光体和球状（粒状）珠光体,片状珠光体,球状（粒状）珠光体,5,珠光体晶团（珠光体领域）,片层状的珠光体,按片间距的大小可将其分为三类：,珠光体转变,由片层相间的铁素体片和渗碳体片组成,片层间距与形成温度决定,珠光体片层间

2、距,A1650间形成的片层较粗的珠光体，称为珠光体 （P）,650600间形成的片层较细的珠光体，称为索氏体（S),600550间形成的片层极细的珠光体，称为托氏体（屈氏体）(T),6,Photomicrographs of (a) coarse pearlite and (b) fine pearlite. 3000X.,7,粒状的珠光体,珠光体转变,强度、硬度增加 塑性、韧性增加,与珠光体片层间距和珠光体晶团大小有关,与片状珠光体比较，粒状珠光体强度硬度较低、塑性韧性较好,珠光体(P) 索氏体(S) 屈氏体(T), HRC25 HRC2535 HRC3540,铁素体的基体上分布着颗粒状（球状）的渗碳体,性能取决于与渗碳体颗粒的大小、形态及分布,3.3.2 珠光体的机械性能,8,一般由奥氏体分解形成,片状的珠光体,珠光体转变,3.3.3 珠光体的形成过程,成分均匀的奥氏体,9,珠光体转变,粒状的珠光体,球化机理,胶态平衡理论:第二相颗粒的溶解度与曲率半径有关.曲率半径越小(尖角)处固溶体的浓度高,片状渗碳体的破断、球化,10,珠光体转变,粒状的珠光体形成情况,奥氏体分解形成,由钢淬火

3、、回火形成,由钢球化退火形成,45钢调质处理得到的球状珠光体,高碳钢球化退火处理得到的球状珠光体,有未溶解的碳化物,奥氏体成分不均匀,11,3.4.1 马氏体的定义,3.4 马氏体转变,马氏体是碳在Fe中的过饱和固溶体,马氏体转变是典型的无扩散性相变,c/a马氏体的正方度,3.4.2 马氏体的晶体结构,wc（）增加， 马氏体的正方度（c/a)呈线性增加,体心正方结构,12, Fine Pearlite vs Martensite:, Hardness: fine pearlite 1.0%时，奥氏体几乎只形成片状马氏体（针状马氏体）,马氏体转变,空间形态为双透镜状,光镜下为竹叶状或针状,16,马氏体转变,片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶(孪晶马氏体）,片马氏体中的孪晶,含碳量很高的片状马氏体可看到中脊面，中脊面是高密度的孪晶,片马氏体中的中脊,17,wc在0.25%1.0%之间的奥氏体则形成上述两种马氏体的混合组织,45钢混合状马氏体,混合状的马氏体,影响马氏体形态的因素,马氏体形态,200,板条马氏体,200,片状马氏体,马氏体转变,含碳量越高，条状马氏体量越少而片状马氏体量越多,1

4、8,3.4.4 马氏体转变的主要特点, 过冷度极大,切变性,Ms奥氏体和马氏体两相自由能差达到相变所需要的最小驱动力值时的温度，即开始发生马氏体相变的温度,（2）无扩散性,马氏体转变,除了表面能外，弹性应变能极大,转变温度低，马氏体的形成无需扩散，转变前后没有化学成分的改变，马氏体可在很低的温度下以高速形成。,转变以切变的方式完成晶格重构,表面浮凸,表面浮凸,19,（3） 共格关系和惯习现象,马氏体转变,共格关系,惯习现象,K-S关系 110M/ 111 111M /110,西山关系(N关系) 110M/ 111 111M /211,惯习面 111 225 259,G-T关系,20,（5） 转变不完全 有残余（留）奥氏体,马氏体转变,奥氏体的稳定化,奥氏体的机械稳定化,奥氏体的热稳定化,在奥氏体冷却转变为马氏体的过程中，种种原因引起奥氏体的结构、状态、化学成分发生变化使奥氏体的稳定性增加,（6） 马氏体转变的可逆性 马氏体加热时，进行无扩散的逆转变,（4） 马氏体转变是降温形成,马氏体转变是在MsMf的温度范围内进行的，其转变量随温度的下降而增加，一旦温度停止下降，转变立即中止。,21

5、,3.4.5 马氏体的力学性能,马氏体转变,马氏体的硬度和强度,马氏体的塑性和韧性主要取决于它的亚结构,马氏体的高硬度和高强度来源于固溶强化、时效强化、相变强化,马氏体的强度主要与原奥氏体晶粒大小、马氏体板条束的大小有关,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。,马氏体的塑性和韧性,板条（位错）型马氏体比片状（孪晶）型马氏体的韧性好得多,22,贝氏体转变是过冷奥氏体在“鼻温” 至Ms点范围内进行的转变，又称为中温转变。,上贝氏体,3.5 贝氏体转变,贝氏体是碳化物（渗碳体）分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。,3.5.1 贝氏体组织形态,共析钢上贝氏体大约在550（“鼻温” ）至350之间形成,光学显微镜观察，典型上贝氏体组织形态呈羽毛状,23,共析钢下贝氏体大约在350至Ms之间形成,贝氏体转变,下贝氏体,光学显微镜观察，下贝氏体呈黑色针状或竹叶状。针与针之间呈一定的角度,下贝氏体中的碳化物呈粒状或短条状弥散分布，与铁素体长轴呈55600,金相,TEM,24,贝氏体转变,3.5.2 贝氏体的转变特点,切变性,（1）半扩散性,碳在奥氏体中发生预扩散，

6、重新分布,转变以切变的方式完成晶格重构,贝氏体中的铁素体以切变形式形成,（2） 共格关系和惯习现象,共格关系,惯习现象,惯习面 111 225,25,（3) 热力学特点,Bs开始发生贝氏体相变的温度,除了表面能外，弹性应变能很大,（4) 动力学特点,转变为形核和长大过程,转变需要孕育期,转变机理,贝氏体转变,上贝氏体形成过程,26,转变机理,贝氏体转变,下贝氏体形成过程,贝氏体的力学性能由组织形态决定,3.5.3 贝氏体的力学性能,上贝氏体的强度和韧性均差,下贝氏体不仅强度高，而且韧性也好，表现为具有较好的综合力学性能，是一种很有应用价值的组织。,27,贝氏体转变,总结,P,S,T,B上,B下,共析钢过冷A等温转变的C曲线,HRC15,HRC1525,HRC2535,HRC4555,HRC4565,28,The complete TTT diagram for an iron-carbon alloy of eutectoid composition,A: austenite B: bainite M: martensite P: pearlite,29,3.6.1 回火的定义,3.6

7、 钢在回火时的组织转变,马氏体分解（80350）,淬火钢加热到A1以下温度 保温 冷却的热处理工艺,3.6.2 回火时的组织转变,马氏体开始发生分解，从过饱和固溶体中析出弥散的碳化物,碳的偏聚（100）,过饱和的固溶体和弥散分布的碳化物组成的复相组织，称为回火马氏体,30,残余奥氏体的转变（200300）,碳化物的转变（250400）,钢中的残余奥氏体将会发生分解，产物是过饱和的固溶体和碳化物组成的复相组织，相当于回火马氏体或下贝氏体。,碳化物将自发地向稳定相渗碳体转变,400时，马氏体完全分解固溶体,碳化物 碳化物 渗碳体,针状的固溶体和细小颗粒状的渗碳体组成的组织称为回火托（屈）氏体,回火托（屈）氏体,钢在回火时的组织转变,固溶体保留了原马氏体形态,31,相的再结晶,渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,渗碳体明显聚集长大,3.6.3 回火时的力学性能,由保留了原马氏体形态相 等轴的相,强度和硬度,塑性和韧性,钢在回火时的组织转变,回火索氏体,32,3.6.4 回火脆性,有些钢在250400和450650的范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。,防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度范围内回火。,钢在回火时的组织转变,在250400回火时出现的脆性称为低温回火脆性；第一类回火脆性；不可逆的回火脆性,而在450650温度范围内回火时出现的脆性称为高温回火脆性；第二类回火脆性；可逆的回火脆性。,防止高温回火脆性的方法：,加热后快冷,加Mo、W元素,

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