钢的加热转变优秀课件
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钢加热时的转变
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实际生产中采 用晶粒度级别N 晶粒度级别N越大， 晶粒尺寸越小； 1〜4级为粗晶粒 5〜8级为细晶粒
1级
2级
3级
八级以外的晶粒
为超粗、超细晶粒
6级
4级
5级
7级
8级
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图9-8 八级A晶粒度标准
晶粒度级别G(或N) 与晶粒大小之间的关系
n2
N 1
n ：放大100倍时每平方英寸（6.45cm ）
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三种晶粒度之间的关系
实际晶粒度＞起始晶粒度
本质粗晶粒钢 本质细晶粒钢 并非其实际晶粒度 粗大 细小
实际晶粒度与钢的具体加热条件（加热温度、 保温时间）有关 在相同条件下，实际晶粒度取决于本质晶粒度。
本质粗晶粒钢→ 实际晶粒度也大 本质细晶粒钢→ 实际晶粒度也小
因此，剩余Fe3C有必要继续溶解
8
一、共析钢奥氏体的形成过程
A均匀化
不均匀 均匀
原是Fe3C的部位ωc高 原是 F 的部位ωc低
扩散
扩散的重要性
9
亚共析钢和过共析钢的A化
与共析钢的A化过程基本相同 不同之处：温度只超过Ac1时，只有原始组织 中的P转变为A，仍部分保留先共析相（F和 Fe3C ） ，温度继续升高超过 Ac3、Accm,并保 温足够时间后，才能获得均匀的单相A组织。 A
§9－2 钢在加热时的转变
保温
温 度
加热
冷却
时间
“奥氏体”化： 把钢加热获得奥氏体的组织转变。
1
§9－2 钢在加热时的转变
A
2
§9－2 钢在加热时的转变
一、共析钢奥氏体的形成过程
α 或F ＋ Fe3C
Wc=6.69% 正交晶格 ＞ Ac1
§42 钢在加热及冷却时的组织转变PPT课件
• 1.加热温度和加热速度的影响
提高加热T，将加速A的形成。随着加热 速度的增加,奥氏体形成温度升高 （Ac1越高），形成所需的时间缩短。
2.化学成分的影响
随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界 面总量增多，有利于奥氏体的形成。
3.原始组织的影响
由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界 面上形成,所以原始组织越细，相界面越多，形 成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。
共析碳钢 C曲线建立过程示意图
1
10
102
103
A1 104 时间(s)
等温转变曲线图的解说
A1线以上是奥氏体稳定区；A1线以下，转变开始线的 左边为过冷奥氏体区，转变终了线的右边是转变产物 区，转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产 物共存区。
转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期。在C曲 线拐弯的“鼻尖处”（约550℃），孕育期最短，过冷 奥氏体最不稳定。
A 长大
A 形核
一、钢在加热时的组织转变
（一）共析碳钢A形成过程示意图
3)残留渗碳体的溶解
铁素体先于渗碳体消失。因此 ，奥氏体形成后，仍有未溶解 的渗碳体存在，随着保温时间 的延长，未溶渗碳体将继续溶 解，直至全部消失。
残余Fe3C溶解
4)奥氏体成分均匀化
延长保温时间，让碳原子 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。
一、钢在加热时的组织转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1 以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热， 目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
2、奥氏体的形成
Fe，C原子扩散和晶格改变的过程 1).奥氏体晶核的形成 2).奥氏体晶核的长大 3).残余渗碳体的溶解 4).奥氏体成分的均匀化
《钢的热处理》课件2-钢的加热转变
碳化物形状
• 奥氏体等温形成速度 • 片状>粒状 • 原因 • 片状珠光体相界面大 • 渗碳体呈薄片状，易于溶解
（二）原始组织——3. 钢的成分：碳
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
钢的成分
碳含 量
碳在奥氏中 的扩散系数 增加
（二）原始组织
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
为了满足形核的热力学条件，需 依靠能量起伏，补偿临界形核功， 所以形核率应与获得能量起伏的 几率因子成正比 为了达到奥氏体晶核对成分的要 求，需要原子越过能垒，经扩散 富集到形核区，所以形核率应与 原子扩散的几率因子成正比
（二）线长大速度
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
孕育期
转变速度 • 慢快慢 • 50%时最快 过热度与形成速度
（三）TTA图分析
第 三 节 奥 氏 体 形 成 的 动 力 学
四条曲线
• 奥氏体转变开始线 • 0.5% • 奥氏体转变终了线碳（化物溶解开始线） • 99.5% • 碳化物溶解终了线（奥氏体成分均匀化开 始线） • 奥氏体成分均匀化终了线
钢的加热转变
奥氏体的形成
奥氏体形成的机理
奥氏体形成的动力学 奥氏体晶粒的长大及其控 制
2.1
罗伯茨-奥斯汀（ Roberts-Austen）
第 一 节 奥 氏 体 的 形 成
罗伯茨-奥斯汀 • 1843.3.3.～1902.11.22.英国冶金学家 • 18岁进入皇家矿业学院，后在造币厂从事金、银和合金成分的研究。他用量热计 法测定银铜合金的凝固点，并首先用冰点曲线表示其实验成果。 • 1875年当选为英国皇家学会会员。 • 1876年与J.洛基尔一起用光谱仪作定量分析，以辅助传统的试金法。 • 1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对金的拉伸强度的影响，并 在1888年的论文中加以阐述，成为早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。 • 奥斯汀采用Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计，得以测定了高熔点物质的冷却速度，创 立共晶理论。用显微镜照相研究金属的金相形貌。在造币厂的工作使他成为了举 世闻名的铸币权威。 • 1882年到1902年他在伦敦的皇家矿业学院任冶金学教授，1899年被授予爵士爵位。 • 为纪念他，把γ-铁及其固溶体的金相组织命名为奥氏体。 • 此外，奥斯汀曾参加英国国家物理研究所的筹建工作。著有《冶金学研究入门》。
钢的热处理钢在加热和冷却时组织转变课件
钢在冷却时的组织转变
珠光体的形成
总结词
珠光体是钢在冷却过程中形成的一种组织，由铁素体和渗碳体的层片状交替排 列构成。
详细描述
当钢在冷却时，奥氏体中的碳原子开始扩散并偏聚在铁素体和渗碳体的界面处， 形成富碳的铁素体和贫碳的渗碳体。随着温度的降低，这些富碳的铁素体和贫 碳的渗碳体会逐渐形成层片状结构，最终形成珠光体。
马氏体的转变
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的一种组织，其特点是具有较 高的硬度和强度。
详细描述
当钢在冷却时，如果冷却速度足够快，奥氏体中的碳原子来 不及扩散，就会形成一种过饱和的固溶体，即马氏体。马氏 体的硬度高、强度大，因此在制造高强度、耐磨性好的刀具、 模具等产品时具有重要的应用。
贝氏体的转变
奥氏体的形成是一个扩 散过程，需要一定的时 间和温度。
04
奥氏体的形成与钢的成 分、加热速度和温度等 因素有关。
奥氏体晶粒的长大
01
02
03
04
随着温度的升高，奥氏体晶粒 逐渐长大。
晶粒的大小对钢的性能有重要 影响，晶粒越细，钢的强度和
韧性越好。
加热温度和时间是影响奥氏体 晶粒大小的主要因素。
为了获得细小的奥氏体晶粒， 通常采用快速加热和短时间保
回火
总结词
回火是一种将淬火后的金属重新加热至低温 并保持一段时间的过程，主要用于消除淬火 过程中产生的内应力、提高金属的韧性和塑 性。
详细描述
回火的主要目的是通过低温加热使金属内部 组织结构发生转变，消除淬火过程中产生的 内应力，提高金属的韧性和塑性。回火工艺 通常包括将淬火后的金属加热到低温回火温
开裂
是指热处理过程中，由于内应力过大 或组织转变不均匀，导致钢的表面出 现裂纹。开裂可以通过优化热处理工 艺、控制冷却速度和改善材料成分来 减少。
第二章钢铁材料的热处理PPT课件
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When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
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第四节 钢的淬火
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
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二、过冷奥氏体的连续冷却转变
• 1．过冷奥氏体的连续冷却转变图
41
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• 过冷奥氏体的连续冷却转变有以下特点：
转变在一个温度范围内进行，转变产物不 均匀。而且，冷却速度愈大，转变温度愈低， 转变的温度范围愈大，先后转变出的产物就 愈不相同。
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第二章 钢铁材料的热处理
0 前言
1
2
热处理的分类
3
4
钢的实际临界点概念
5
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第一节 钢在加热时的转变
钢的加热转变 ppt课件
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图2.7 共析钢等温形成动力学图 （Time-Temperature-Austenitization,TTA图）
ppt课件
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3亚共析钢和过共析钢碳钢奥氏体等温形成图
P
（a）过共析钢（WC1.2% ）奥氏体等温形成图
（b）亚共析钢（WC0.45%） 奥氏体等温形成图
ppt课件
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2.3.2 连续加热时奥氏体形成动力学
保温不同时间后，迅速水淬；
用金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系(实 际上是测定奥氏体水淬后转变成马氏体的量与 时间的关系)。
上一页 下一页
ppt课件
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图2.6 共析钢奥氏体等温形成动力学曲线
上一页ppt下课一页件
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2. 曲线的特点
奥氏体形成需要一定的孕育期。加热温度愈高， 孕育期愈短。
图2.3 珠光体和奥氏体自由能与温度的关系
上一页 下一页ppt课件
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加热和冷却时的临界点
加热： A1－Ac1 A3－Ac3
Acm－Acmcm 冷却：A1－Ar1
A3－Ar3 Acm－Arcm
图2.4 加热和冷却速度为0.125℃/min
时相变点的变动
ppt课件
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2.2 奥氏体形成机理
珠光体 马氏体
等温转变开始阶段，转变速度渐增，在转变量 约为50％时最快，之后逐渐减慢。
加热温度越高，奥氏体的形成速度越快。因为 随着温度的升高，过热度增加，使临界晶核半 径减小，所需的浓度起伏也减小。
加热温度越高，奥氏体等温形成动力学曲线就
越向左移，奥氏体等温形成的开始及终了时间
缩短。
上一页ppt下课一页件
塑性好，屈服强度低，易于加工变形
第四章-钢的热处理ppt课件(全)
3.碳化物的转变（250~450℃） 250℃以上回火时， ε碳化物将逐渐转变为稳定的渗碳体组织，到450℃时全 部转变为高度弥散分布的渗碳体。α固溶体中的含碳量已 降到平衡含量而成为铁素体，但其形态仍为针状。由针 状铁素体和高度弥散分布的渗碳体组成的组织——回火 托氏体。
4.渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶（450~700℃） 450℃以上，在渗碳体球化、长大的同时，铁素体在 500~600℃开始再结晶，铁素体由板条状或针状转变为 多边形晶粒。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状 渗碳体的组织——回火索氏体 。
（2）加热速度 加热速度越快，转变温度越高， 转变时间越短，转变速度越快。
（3）钢的原始组织 原始组织越细，晶核的形 成速度就越快，形成速度较快。
（二）奥氏体晶粒长大及其影响因素
1.奥氏体晶粒度 两种表示方法：用晶粒的平均尺寸 表示；另一种是用晶粒度N来表示。
2.奥氏体晶粒的长大
奥氏体起始晶粒，奥氏体起始晶粒度，实际晶粒，实际晶 粒 度，本质晶粒度，本质粗晶粒钢，本质细晶粒钢
②下贝氏体 在350℃~Ms温度范围内形成的，由含 碳过饱和的针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化 物组成。
下贝氏体组织具有 较高的强度、硬度，同 时具有良好的塑性和韧 性。常用等温淬火的方 法获得。
（3）低温转变（马氏体型转变） 在Ms线以下，过冷 奥氏体将转变成马氏体组织，在过冷奥氏体的连续冷 却转变中介绍。
理想的淬火冷却曲线
生产中常用的淬火冷却介质 （1）水及水溶液
（2）油 机械油、变压器油、柴油、植物油等
（二）淬火方法
1.单介质淬火 将奥氏体 化的工件投入一种淬火冷却介 质中，一直冷却到室温的淬火 方法。
一般碳钢在水或水溶液中 淬火，合金钢在油中淬火等均 属单液淬火。
4.渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶（450~700℃） 450℃以上，在渗碳体球化、长大的同时，铁素体在 500~600℃开始再结晶，铁素体由板条状或针状转变为 多边形晶粒。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状 渗碳体的组织——回火索氏体 。
（2）加热速度 加热速度越快，转变温度越高， 转变时间越短，转变速度越快。
（3）钢的原始组织 原始组织越细，晶核的形 成速度就越快，形成速度较快。
（二）奥氏体晶粒长大及其影响因素
1.奥氏体晶粒度 两种表示方法：用晶粒的平均尺寸 表示；另一种是用晶粒度N来表示。
2.奥氏体晶粒的长大
奥氏体起始晶粒，奥氏体起始晶粒度，实际晶粒，实际晶 粒 度，本质晶粒度，本质粗晶粒钢，本质细晶粒钢
②下贝氏体 在350℃~Ms温度范围内形成的，由含 碳过饱和的针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化 物组成。
下贝氏体组织具有 较高的强度、硬度，同 时具有良好的塑性和韧 性。常用等温淬火的方 法获得。
（3）低温转变（马氏体型转变） 在Ms线以下，过冷 奥氏体将转变成马氏体组织，在过冷奥氏体的连续冷 却转变中介绍。
理想的淬火冷却曲线
生产中常用的淬火冷却介质 （1）水及水溶液
（2）油 机械油、变压器油、柴油、植物油等
（二）淬火方法
1.单介质淬火 将奥氏体 化的工件投入一种淬火冷却介 质中，一直冷却到室温的淬火 方法。
一般碳钢在水或水溶液中 淬火，合金钢在油中淬火等均 属单液淬火。
钢在加热时的转变 ppt课件
测定奥氏体的 转变量与时间 的关系
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热 处 理 原 理
共析钢奥氏体等温形成图(TTA)
Time-Temperature-Austenitization
参考《钢的热处理》P23合金钢等温TTA曲线
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热
处
4.2 连续加热时奥氏体形成特征
理 原
理
实际生产中，绝大多数情况下奥 氏体是在连续加热过程中形成的。
➢ 一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成 晶核。
➢ 奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上 （原始奥氏体晶界）形核并且长大，由于这样的 晶界处富集较多的碳原子和其他元素，给奥氏体 形核提供了有利条件。
➢ 下图b)所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成 许多细小的奥氏体晶粒。
16Biblioteka 热 处 理 原 理➢临界点A3和Acm也附加脚标c,r,即：Ac3、Ar3、 Accm、Arcm。
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热
处
加热和冷却时的临界点
理 原
理
《钢的热处理》P15
14
热
处
3.1 奥氏体形成的热力学条件
理 原
理
➢驱动力
珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图
《钢的热处理》P15
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热
处
3.2 奥氏体晶核的形成
理 原
理
3.2.1 形核地点
➢因此，一般来说 奥氏体形成后总是剩下渗碳体。 之后，进行渗碳体的溶解过程。
➢虽然珠光体中铁素体片厚度比渗碳体片大得多 （约7倍），仍然是铁素体先消失。
《钢的热处理》P25 扩散定律
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热 处 理 原 理
4.4 影响奥氏体形成速度的因素
一切影响奥氏体的形核率和增大 速度的因素都影响奥氏体的形成 速度。
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难点 意义
奥氏体的形成机理
钢在加热时的组织转变是钢件热处理的基础—为使钢经热处理 后获得所需要的组织和性能，大多数热处理（如退火、正火和 淬火等）都需要将钢件加热至相变临界点以上，形成奥氏体组 织，称为奥氏体化，然后再以一定的速度进行冷却。 加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀性、晶粒大小以及加热 后未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物等过剩相的数量、分布状 况等都对钢的冷却转变过程及转变产物的组织和性能产生重要 的影响。近年来发展起来的超细晶粒化处理、亚温淬火处理等 强韧化处理新工艺均以改变加热规范为主要手段。因此，研究 钢在加热时奥氏体的形成过程具有重要的意义。
一、奥氏体的形核
第二章 钢的加热转变
形核的成分、结构条件
根据Fe-Fe3C平衡状态图，由铁素体和渗碳体两相组成的珠光体加热 到ACl稍上温度时将转变为单相奥氏体，即
相组成： （ α + Fe3C ） → γ 碳含量： 0.02% 6.69% 0.77% 点阵结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
三者的成分和晶体结构都相差很大。珠光体（P） 是由含碳量很低、具有体心立方晶格的α相（铁 素体，F）和含碳量很高、具有复杂晶格的渗碳 体组成的，而奥氏体（A）的含碳量介于二者之 间，晶体结构为面心立方晶格，因此，奥氏体 的形成过程必然包括铁、碳原子的扩散重新分 布和铁晶格的改组。
• 面心立方点阵滑移系统多，奥氏体的塑性很好，易于变形， 所以钢的锻造加工常要求在奥氏体稳定存在的高温区域进 行。
第二章 钢的加热转变
3.物理性能 • 面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，所以奥氏体的比
容最小； • 奥氏体的导热性差，故奥氏体钢加热时不宜采用过大的加热速度，以
免因热应力过大而引起工件变形； • 奥氏体的线膨胀系数大，且为顺磁性（无磁性）。利用这一特性可以
钢的加热转变
主要内容
第二章 钢的加热转变
➢奥氏体的形成 奥氏体的性能 奥氏体形成的条件
➢奥氏体形成的机理 珠光体类组织向奥氏体的转变 马氏体向奥氏体的转变 固态相变的晶核长大
➢奥氏体形成的动力学 等温形成动力学 连续加热时奥氏体形成动力学
➢奥氏体晶粒的长大及控制
第二章 钢的加热转变
重点
掌握钢件在加热过程中的组织转变规律； 掌握奥氏体晶粒大小的影响因素及控制措施。
定量分析奥氏体含量，测定相变开始点，因此奥氏体钢也可以用来制 作热膨胀灵敏的仪表元件； • 单相奥氏体具有耐蚀性能； • 奥氏体中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体钢的热 强性好，可以作为高温用钢。
三、奥氏体的形成条件
第二章 钢的加热转变
根据Fe-Fe3C相图，在极缓慢加热 时珠光体向奥氏体的转变是在PSK 线即A1温度开始的，而先共析铁素 体和先共析渗碳体向奥氏体的转变 温度则始于A1，分别结束于A3 （GS线）和Acm（ES线）。实际热 处理中，加热和冷却时的相变是在 不平衡的条件下进行的，相变温度 与平衡临界温度之间有一定差异。 加热时相变温度偏向高温，冷却时 偏向低温，而且加热和冷却速度越 快偏差越大。通常将加热时的临界 温度标为Ac1，Ac3，Accm；冷却时 的临界温度标为Ar1，Ar3，Arcm。
二、奥氏体的性能
第二章 钢的加热转变
1.奥氏体的存在形式 • 高温时存在：是钢中的高温稳定相； • 室温时存在：是钢中加入足够量的能够扩大奥氏体相区的元素，
可使奥氏体在室温成为 稳定相。所以奥氏体可 以是钢在使用时的一种 组织状态。 例如1Cr18Ni9Ti。
2.力学性能
第二章 钢的加热转变
• 硬度和屈服强度均不高，碳的固溶体也不能有效地提高其 硬度和强度；
第二章 钢的加热转变
Roberts-Austen罗伯茨-奥斯汀(1843-1902)
• 英国冶金学家。18岁进入皇家矿业学院，后在造币厂从
事金、银和合金成分的研究。1875年当选为英国皇家学会会 员。1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对 金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为 早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。奥斯汀采用 Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计，得以测定了高熔点物质的冷 却速度，创立共晶理论。 • 为纪念他，把γ–Fe及其固溶体的金相组织命名为奥氏 体。
第二章 钢的加热转变
实际上： 奥氏体的最大碳含量为2.11%（重量，1148℃时），原子百分比为 10%，即2-3个晶胞中才有一个原子。
原因：碳原子半径为0.77Å，而γ-Fe点阵中八面体间隙半径仅为 0.52Å，碳原子进入间隙位置后将引起点阵畸变，使其周围的间隙位 置不可能都添满原子。 奥氏体中碳原子含量实际是不均匀的，并不是每个八面体中心都 占据碳原子，而是一部分八面体中含有碳原子，碳在奥氏体中存在浓 度起伏。 碳原子存在，使奥氏体点阵发生等称膨胀变形，若C含量上升，膨 胀程度增加，点阵常数变大。
2.1 奥氏体的形成
一、奥氏体的组织与结构
奥氏体的组织：通常是 由等轴状的多边形晶粒 组成，晶内常可出现相 变孪晶。
第二章 钢的加热转变
晶体结构：奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳 原子在γ-Fe点阵中处于由Fe原子组成的八面 体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱 边中点。若所有八面体间隙中均填满碳原子， 单位晶胞中应含有4个Fe原子和4个碳原子，其 原子百分比为50%，重量百分比为20%。
当温度等于A1时，奥氏 体和珠光体的自由能相 等，为相变的临界温度。 只有当温度高于A1时， 即有一定程度的过热时， 才存在转变驱动力，使 珠光体转变为奥氏体。
第二章 钢的加热转变
珠光体和奥氏体的自由能随温 度变化第二章 钢的加热转变
奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变
奥氏体的形成过程可分成四个阶段： （1）奥氏体的形核 （2）奥氏体的长大 （3）渗碳体的溶解 （4）奥氏体的均匀化
第二章 钢的加热转变
钢加热时奥氏体的形成遵循结晶过程的普遍规律，珠光体向 奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、 剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化
共析钢奥氏体形成过程示意图