第五章合金钢中的相变
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VC等只有在高温下才溶于奥氏体。 2．碳化物的溶解度随温度的降低而下降，因此，如果有
足够数量的合金元素存在的话，合金碳化物将在随后的冷却 过程中发生沉淀。
弱的碳化物形成元素可降低强碳化物的稳定性，加速其 溶解，如锰加入含Nd、V、Ti的钢中，能促进强碳化物的溶 解。
第五章合金钢中的相变
奥氏体晶粒长大 合金元素对奥氏体晶粒的影响如下：
即在渗碳体中固溶度高的那些合金元素将扩散到渗碳体 中去，而非碳化物形成元素不存在此情况。
说明：
1．当合金元素的成分达到临界含量，渗碳体将被其合 金碳化物所取代。
2．强碳化物形成元素Nb、Ti、V当其含量低于0.1%时也 可能优先形成合金碳化物第。五章合金钢中的相变
三、合金元素对贝氏体转变的影响
合金钢中贝氏体组织中的碳化物是合金碳化物，而且其合 金元素的平均含量接近于奥氏体中合金元素的含量，所以， 贝氏体转变时只有碳原子的扩散，而没有合金元素的扩散。
2．C、B的溶入奥氏体，促进晶粒长大。
C、B的溶入显著地降低了γ－Fe点阵的结合力，增加了Fe原子的 自扩散系数，所以促进奥氏体晶粒的长大。
3．碳化物形成元素（Ti V Zr Nb W Mo）
碳化物形成元素与碳结合成碳化物，使碳保持在固溶体之外，从 而削弱了C降低点阵结合力的影响，所以阻碍奥氏体晶粒的粗化。
含碳量为0.4-0.5%的结构钢；d图对应于含碳量较高的工具钢。 c）CrNiMo和CrNiW含碳量在0.15-0.25%。
特点：珠光体转变区，过冷奥氏体十分稳定，图上不出现珠 光体转变区，而在贝氏体转变区，稳定性很小。 e）高Cr钢
特点：只有珠光体转变，不出现贝氏体转变。 f）高合金奥氏体钢
特点：不出现珠光体和贝氏体转变。
合金元素对贝氏体转变的影响主要通过以下两个途径：
1．对碳原子扩散速度的影响。
2．对γ－α转变速度的影响。
第五章合金钢中的相变
第二节 合金元素对过冷奥氏体分解的影响
第五章合金钢中的相变
一、合金元素对过冷奥氏体稳定性的影响 合金元素对C曲线的影响分为以下两种： 1．合金元素加入后，C曲线仍然保持与碳钢相同的
形式，只是位置有所改变。 非碳化物形成元素属于这种类型：Ni、Al、Si、Cu、Co 2．合金元素加入后，不仅使C曲线位置移动，而且
3．合金元素对原子间结合强度的影响
合金元素溶入奥氏体后改变了原子间的结合强度，从而引起了 激活能和铁的自扩散系数的变化。
综合上述三个理论，则能够较好地解释下列事实：
1．单相的α晶粒比γ晶粒易于长大。
α－Fe原子结合强度小于γ－Fe，因而α－Fe的自扩散系数大于 γ－Fe的自扩散系数，因此单相的α相晶粒比γ相晶粒易于长大。
第五章合金钢中的相变
二、原始有序组织（马氏体、贝氏体）——钢中的组织遗 传性
对原始有序组织加热高于Ac3，可能导致形成的奥氏体 晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向，称为钢的 组织遗传性。
第五章合金钢中的相变
合金化和加热速度对出现组织遗传性的影响如下：
高合金钢 合金钢 低合金钢和碳钢
快速加热 √ √ －
α→γ过渡之前，不会出现组织遗传性。这时α→γ的过 渡与再结晶过程重合，晶粒得到细ຫໍສະໝຸດ Baidu。
3．当加热温度高于Tp，发生再结晶，此时奥氏体晶 粒形态发生变化。
第五章合金钢中的相变
碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解规律 各种碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度与1/T的关系
如图所示：
第五章合金钢中的相变
最稳定的化合物的溶解度最低。由图可知： 1．强碳化物形成元素组成的稳定碳化物，如TiC、NdC、
1．机械阻碍论 由于晶界上有众多的高度弥散的化合物质点，这些质点机
械地阻碍了奥氏体晶粒的长大。 这些高度弥散的化合物可以是一些稳定的碳化物、也可以
是一些氮化物、或者是非金属夹杂物。 2．合金元素对奥氏体界面能的影响
合金元素溶入奥氏体之后，改变了奥氏体的界面能，因而 改变了奥氏体的长大倾向。
第五章合金钢中的相变
使C曲线的形状改变。 碳化物形成元素属于这种类型：Cr、Mo、W、V等。
第五章合金钢中的相变
过冷奥氏体的等温分解曲线可分为六种基本类型：
第五章合金钢中的相变
a）碳素钢以及不含碳化物形成元素的低合金钢。 特点：珠光体和贝氏体转变没有分开。
b，d）含碳化物形成元素的合金钢。 特点：分解曲线分成珠光体和贝氏体转变两部分。b图对应于
中速加热 √ － －
缓慢加热 √ √ －
第五章合金钢中的相变
钢的合金化程 度越高，加热速度 越快，越容易在钢 中出现组织遗传性。
原始有序组织 在加热和冷却时， 钢的重结晶示意图 如图所示。
第五章合金钢中的相变
由图可见： 1．当足够快地加热淬火钢时，将按晶体学有序机制
形成奥氏体，得到粗晶组织。 2．在中等加热速度下，马氏体完全分解发生在
Chapter 5 合金钢中
第五章合金钢中的相变
主要内容
第一节 合金元素对钢加热时转变的影响 第二节 合金元素对过冷奥氏体分解的影响 第三节 合金元素对淬火钢回火转变的影响
第五章合金钢中的相变
第五章合金钢中的相变
第一节 合金元素对钢在加热时转变的影响 合金钢加热时奥氏体化过程包括： 1．α→γ转变； 2．碳化物、氮化物或金属间化合物在奥氏体中的溶解； 3．奥氏体晶粒的再结晶。 奥氏体的形成可以按两种相互竞争的相变机制进行： 1．晶体学无序机制：
γ相新晶粒的形成相对于原始α相来说，改变了大小和取向。 2．晶体学有序机制：
α相以切变的方式转变为γ相，所以两相的大小和取向有一 定的关系。
第五章合金钢中的相变
决定相变机制的主要因素是： 原始组织的类型以及它们之间精确的晶体学有序性。
一、原始无序组织（铁素体＋碳化物）
原始无序的 组织发生无序的 重结晶机制。奥 氏体形成的无序 机制如图所示。
第五章合金钢中的相变
二、合金元素对珠光体转变的影响
珠光体转变是典型的形核和长大过程。不同的合金元素可 以对形核率N和长大速率G产生不同的影响。例如：Mo和Ni同 时降低N和G；而Co和Al同时提高N和G。
为了完成合金奥氏体的共析分解，除了C的扩散以外，还需 要合金元素的扩散再分配。也就是在渗碳体和铁素体与奥氏 体之间的界面上，合金元素产生再分配。
足够数量的合金元素存在的话，合金碳化物将在随后的冷却 过程中发生沉淀。
弱的碳化物形成元素可降低强碳化物的稳定性，加速其 溶解，如锰加入含Nd、V、Ti的钢中，能促进强碳化物的溶 解。
第五章合金钢中的相变
奥氏体晶粒长大 合金元素对奥氏体晶粒的影响如下：
即在渗碳体中固溶度高的那些合金元素将扩散到渗碳体 中去，而非碳化物形成元素不存在此情况。
说明：
1．当合金元素的成分达到临界含量，渗碳体将被其合 金碳化物所取代。
2．强碳化物形成元素Nb、Ti、V当其含量低于0.1%时也 可能优先形成合金碳化物第。五章合金钢中的相变
三、合金元素对贝氏体转变的影响
合金钢中贝氏体组织中的碳化物是合金碳化物，而且其合 金元素的平均含量接近于奥氏体中合金元素的含量，所以， 贝氏体转变时只有碳原子的扩散，而没有合金元素的扩散。
2．C、B的溶入奥氏体，促进晶粒长大。
C、B的溶入显著地降低了γ－Fe点阵的结合力，增加了Fe原子的 自扩散系数，所以促进奥氏体晶粒的长大。
3．碳化物形成元素（Ti V Zr Nb W Mo）
碳化物形成元素与碳结合成碳化物，使碳保持在固溶体之外，从 而削弱了C降低点阵结合力的影响，所以阻碍奥氏体晶粒的粗化。
含碳量为0.4-0.5%的结构钢；d图对应于含碳量较高的工具钢。 c）CrNiMo和CrNiW含碳量在0.15-0.25%。
特点：珠光体转变区，过冷奥氏体十分稳定，图上不出现珠 光体转变区，而在贝氏体转变区，稳定性很小。 e）高Cr钢
特点：只有珠光体转变，不出现贝氏体转变。 f）高合金奥氏体钢
特点：不出现珠光体和贝氏体转变。
合金元素对贝氏体转变的影响主要通过以下两个途径：
1．对碳原子扩散速度的影响。
2．对γ－α转变速度的影响。
第五章合金钢中的相变
第二节 合金元素对过冷奥氏体分解的影响
第五章合金钢中的相变
一、合金元素对过冷奥氏体稳定性的影响 合金元素对C曲线的影响分为以下两种： 1．合金元素加入后，C曲线仍然保持与碳钢相同的
形式，只是位置有所改变。 非碳化物形成元素属于这种类型：Ni、Al、Si、Cu、Co 2．合金元素加入后，不仅使C曲线位置移动，而且
3．合金元素对原子间结合强度的影响
合金元素溶入奥氏体后改变了原子间的结合强度，从而引起了 激活能和铁的自扩散系数的变化。
综合上述三个理论，则能够较好地解释下列事实：
1．单相的α晶粒比γ晶粒易于长大。
α－Fe原子结合强度小于γ－Fe，因而α－Fe的自扩散系数大于 γ－Fe的自扩散系数，因此单相的α相晶粒比γ相晶粒易于长大。
第五章合金钢中的相变
二、原始有序组织（马氏体、贝氏体）——钢中的组织遗 传性
对原始有序组织加热高于Ac3，可能导致形成的奥氏体 晶粒与原始晶粒具有相同的形状、大小和取向，称为钢的 组织遗传性。
第五章合金钢中的相变
合金化和加热速度对出现组织遗传性的影响如下：
高合金钢 合金钢 低合金钢和碳钢
快速加热 √ √ －
α→γ过渡之前，不会出现组织遗传性。这时α→γ的过 渡与再结晶过程重合，晶粒得到细ຫໍສະໝຸດ Baidu。
3．当加热温度高于Tp，发生再结晶，此时奥氏体晶 粒形态发生变化。
第五章合金钢中的相变
碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解规律 各种碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度与1/T的关系
如图所示：
第五章合金钢中的相变
最稳定的化合物的溶解度最低。由图可知： 1．强碳化物形成元素组成的稳定碳化物，如TiC、NdC、
1．机械阻碍论 由于晶界上有众多的高度弥散的化合物质点，这些质点机
械地阻碍了奥氏体晶粒的长大。 这些高度弥散的化合物可以是一些稳定的碳化物、也可以
是一些氮化物、或者是非金属夹杂物。 2．合金元素对奥氏体界面能的影响
合金元素溶入奥氏体之后，改变了奥氏体的界面能，因而 改变了奥氏体的长大倾向。
第五章合金钢中的相变
使C曲线的形状改变。 碳化物形成元素属于这种类型：Cr、Mo、W、V等。
第五章合金钢中的相变
过冷奥氏体的等温分解曲线可分为六种基本类型：
第五章合金钢中的相变
a）碳素钢以及不含碳化物形成元素的低合金钢。 特点：珠光体和贝氏体转变没有分开。
b，d）含碳化物形成元素的合金钢。 特点：分解曲线分成珠光体和贝氏体转变两部分。b图对应于
中速加热 √ － －
缓慢加热 √ √ －
第五章合金钢中的相变
钢的合金化程 度越高，加热速度 越快，越容易在钢 中出现组织遗传性。
原始有序组织 在加热和冷却时， 钢的重结晶示意图 如图所示。
第五章合金钢中的相变
由图可见： 1．当足够快地加热淬火钢时，将按晶体学有序机制
形成奥氏体，得到粗晶组织。 2．在中等加热速度下，马氏体完全分解发生在
Chapter 5 合金钢中
第五章合金钢中的相变
主要内容
第一节 合金元素对钢加热时转变的影响 第二节 合金元素对过冷奥氏体分解的影响 第三节 合金元素对淬火钢回火转变的影响
第五章合金钢中的相变
第五章合金钢中的相变
第一节 合金元素对钢在加热时转变的影响 合金钢加热时奥氏体化过程包括： 1．α→γ转变； 2．碳化物、氮化物或金属间化合物在奥氏体中的溶解； 3．奥氏体晶粒的再结晶。 奥氏体的形成可以按两种相互竞争的相变机制进行： 1．晶体学无序机制：
γ相新晶粒的形成相对于原始α相来说，改变了大小和取向。 2．晶体学有序机制：
α相以切变的方式转变为γ相，所以两相的大小和取向有一 定的关系。
第五章合金钢中的相变
决定相变机制的主要因素是： 原始组织的类型以及它们之间精确的晶体学有序性。
一、原始无序组织（铁素体＋碳化物）
原始无序的 组织发生无序的 重结晶机制。奥 氏体形成的无序 机制如图所示。
第五章合金钢中的相变
二、合金元素对珠光体转变的影响
珠光体转变是典型的形核和长大过程。不同的合金元素可 以对形核率N和长大速率G产生不同的影响。例如：Mo和Ni同 时降低N和G；而Co和Al同时提高N和G。
为了完成合金奥氏体的共析分解，除了C的扩散以外，还需 要合金元素的扩散再分配。也就是在渗碳体和铁素体与奥氏 体之间的界面上，合金元素产生再分配。