工程材料学第四章 钢的热处理及材料改性

羽毛状 下贝氏体：大约在C曲线350℃至MS点温度范围内
黑色针片状 贝氏体组织：是由含碳过饱和的F与渗碳体组成的两相 混合物。
A转变成B包含――晶格改组和碳原子扩散，铁原子 只能做很小的位移。
B组织的性能： B上和B下比较，B下具有较高的
硬度和耐磨性，韧性和塑性均高 于B上。 等温淬火--B下组织。
过冷A连续冷却转变曲线ＣＣＴ）
（1）、过冷奥氏体的等温转变曲线
过冷奥氏体（A）的概念：
加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后，A处于不稳定状 态，并不立即发生转变，而是经过一个孕育期后才开始转变 。
A1线下，处于不稳定状态的A， “过冷A”
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
共析钢由A冷却到750ºC，并经不同等温时间再水冷到的显微组织，亮白色 是M（过冷A转变所生成），黑色是A等温转变产物（A 冷 >P）。
马氏体型转变――低温转变 Ms Mf 马氏体类型组织形态：由高温A中C％和冷却速度确定
C在α―Fe中过饱和固溶体 板条马氏体：呈细小的板条状 C％↓ αK↑ 图4－8 针状马氏体：呈双凸透镜状 C％↑ 微裂纹 残余A：未转变的过冷A。
（4）、影响C曲线的因素 C％ 影响 先析出线 C曲线 Ms点 合金元素 C曲线→ Ms点↓
（5）、过冷A的连续转变曲线（CCT）
PS：A→P开始线 Pf：A→P终止线 K：珠光体型转变终止线 Vk：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）→M最小冷速
连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较 （1）CCT位于TTT曲线右下方 A→P转变温度低一些，t长一些 （2）CCT无A→B转变 C曲线的应用 （1）根据工件要求，确定热处理工艺。 （2）确定工件淬火时的临界冷速。 （3）可以指导连续冷却操作 V1:炉冷（退火） P V2: 空冷，S，T V3：空冷，S，T V4：油冷，T+M+A' V5 ：M+A' （4）选择钢材的依据 （5）C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。
（3）、过冷A等温转变产物的组织与性能
珠光体型转变――高温转变
A过冷到A1线以下后，在A晶界处形成渗碳体晶核，然后渗碳体片不 断分枝，并且向A晶粒内部平行长大，与它相临的A的C％不断降低，促 使部分A转变为F，形成了由层片状渗碳体与F组成的P。
随过冷度的增加，P中F和渗碳体的片间距离越来越小。
①过冷度较小时，获得片层间距离较大的珠光体组织，“P”；
T超过Acm点后，过共析碳钢的A化全部结束，获取单 一的A组织。
2．钢在冷却时的组织转变
冷却的方式：
连续冷却 A状态 以不同的冷却速度 连续冷却到室温
等温冷却 A状态 快速冷却到低于Ar1某一温度 等温 组 织转变
冷却方法 随炉冷却 空气冷却 油中冷却 水中冷却
45钢经840℃加热后，不同条件冷却后的机械性能
且Fe3C的溶解速度远比F转变A晶格速度慢得多 。
奥氏体的均匀化――残余渗碳体全部溶解后， 原子不断扩散，A中的含碳量逐渐均匀。
（2）、影响A晶粒的因素 A的晶粒度 晶粒度：是表示晶粒大小的尺度。
奥氏体大小对钢机械性能的影响
A晶粒越细， 热处理后机械性能好， 特别是冲击韧性高， 希望获得细小而均匀的A晶粒。 过热的概念：温度过高A晶粒会长大（粗化）， 粗化的晶粒 降低材料的机械性能。
σb,MN/m2 530
σs,MN/m2 280
δ，% 32.5
670～720
340
15～18
900
620
18～20
1100
720
7～8
பைடு நூலகம்
ψ，% 49.3 45～50
48 12～14
HRC 15～18 18～24 45～60 52～6
同种钢，加热相同，采用不同的冷却条件，钢的机械性能不 同。
非平衡冷却 过冷A等温转变曲线（ＴＴＴ）和
奥氏体化过程：晶格的改组＋铁，碳原子扩散
晶格的改组――BCC（F）＋复杂（Fe3C） ――FCC（A）
铁，碳原子扩散――0.0218%（F）＋6.69%（ Fe3C）――0.77%（A）
A化过程――分成四个阶段：
A晶核的形成和长大――A晶核是在F与Fe3C的界 面形成。
残余渗碳体的溶解――A吞吃F转变为A晶格结构 ，溶解Fe3C补充含碳量，
（2）、过冷奥氏体等温转变曲线的分析 转变开始线：由过冷奥氏体（A）开始转变点连接起来的线； 转变终了线：由转变终了点连接起来的线； A稳定区域 ：A1以上是奥氏体稳定区域； 过冷A区域 ：A1以下是转变开始以左的区域； 转变产物区：A1以下是转变终了线以右和Ms点以上的区域； 过冷A与转变产物共存区：转变开始线和转变中了线之间。 孕育期 C曲线 鼻尖 A最不稳定 共析碳钢的过冷A在三个不同温度区间，发生三种不同的转变 珠光体——A1点到C曲线鼻尖区间，转变产物是P，又称珠光体型转变； 贝氏体——C曲线鼻尖到Ms点区间，转变产物是B，又称贝氏体型转变； 马氏体——Ms点以下，转变产物是M，又称马氏体型转变。
第四章 金属热处理及材料改性
Steel Heat Treatment
一、钢的热处理原理 二、钢的退火与正火 三、钢的淬火 四、钢的回火 五、钢的表面热处理
一．热处理原理
1．钢在加热 时的组织转变
加热与冷却时钢的临界点位置
从Fe-Fe3C相图分析，碳钢在缓慢加热或冷却过程中， PSK －－A1线, 平衡临界点 GS －－A3线 ES――Acm 例：S点, 冷却到S点温度时A 转 化> P，
②过冷度梢大时，获得片层间距离较小的珠光体组织，又称索氏体 ，“S”；
③过冷度更大时，获得片层间距离更小的珠光体组织，又称屈氏体 ，“T”；
珠光体的性能：P的性能取决于片层间的距离，片层间距离越小↓，塑性变 形，抗力能力↑，强度，硬度越高↑。
贝氏体型转变――中温转变 上贝氏体：大约在C曲线鼻尖至350℃范围内
加热到S点时P 转 化> A
实际生产中，选用较大的过冷度和加热度，碳钢不可能恰好在平衡临 界点上发生转变； 加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大。 实际加热 临界点 Ac1，Ac3，Accm表示，
冷却 临界点 Ar1， Ar3，Arcm表示。
（1）、共析钢的A化过程
钢在热处理时， 加热到A1以上温时，开始了P 转 化 > A，由 加热获得的A组织。
（3）、亚、过共析钢加热A化
亚共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A，
Ac1-Ac3点升温过程中， 共析铁素体F 转 化> A，
T到达Ac3点时，亚共析钢A化过程会结束，获取单一 的A组织。
过共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A， 在Ac1-Acm升温过程中，先共析Fe3CⅡ 转化>A,