机械工程材料第六章

过冷奥氏体转变产物的组织与性能
（一）珠光体转变——高温转变（A1～550℃）
1.珠光体的形成 按渗碳体形态的不同，珠光体分为层片状珠光 体和球状珠光体。一般成分均匀的奥氏体的高温转 变产物都为层片状珠光体；只有在A1附近的温度范 围内作足够长时间的保温才可能使层片状渗碳体球 化，得到球状珠光体。层片状珠光体的形成过程如 图6-7所示。
常用的冷却方式有连续冷却和等温冷却两种。
一、 过冷奥氏体的等温转变
奥氏体在A1点以下处于不稳定状态，必然要发 生相变。但过冷到A1以下的奥氏体并不是立即发生 转变，而是要经过一个孕育期后才开始转变。这 种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥 氏体称为“过冷奥氏体”。
过冷奥氏体的等温转变
研究过冷奥氏体在不同温度下进行等温转变的 重要工具是过冷奥氏体等温转变图或称等温转变曲 线，也称TTT曲线，又因为其形状像英文字母“C”， 所以又称C曲线。它表明了过冷奥氏体在不同过冷温 度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产 物量之间的关系。它的建立是利用过冷奥氏体转变 产物的组织形态和性能的变化来测定的。
二、 过冷奥氏体转变产物的组织与性能
（一）珠光体转变——高温转变（A1～550℃） 过冷奥氏体在A1～550°C范围内将分解为珠光
体类型组织，即发生A→P（F+Fe3C）转变。它的形 成伴随着两个过程同时进行：一是铁、碳原子的 扩散，由此而形成高碳的渗碳体和低碳的铁素体； 二是晶格的重构，由面心立方晶格的奥氏体转变 为体心立方晶格的铁素体和复杂立方晶格的渗碳 体，它的转变过程是一个在固态下形核和长大的 结晶过程。
奥氏体过程及影响因素
（二）影响奥氏体形成的因素
4.原始组织 钢成分相同时，组织中珠光体越细，奥氏体形 成速度越快，层片状珠光体中比粒状珠光体更容易 形成奥氏体。
三、 奥氏体晶粒大小及其控制
晶粒度是指多晶体内的晶粒大小，常用晶粒 度等级来表达。晶粒度等级是最初由美国材料试 验协会（ASTM）制定的，后来为世界各国所采用 的一种表达晶粒平均大小的编号。它是将金相组 织放大100倍时与标准晶粒度等级图片进行比较来 确定晶粒度等级的。按晶粒大小，晶粒度等级分 为00、0、1--10共12级。晶粒越细，晶粒度等级 数越大，可用标准评级图片评定，也可用直接测 量法来测定。
加热易产生的缺陷
（二）脱碳
钢在加热和保温时，炉气中含有O2、CO2、H2O、 H2等的脱碳性气氛，钢表层中固溶的碳和这些介质 在高温作用下发生氧化反应，使表层碳浓度降低， 即产生脱碳。表层脱碳后，内层的碳便向表层扩散， 这些碳又被氧化使脱碳层逐渐加深。
加热易产生的缺陷
（三）过热
加热温度过高或保温时间过长，得到粗大晶粒 组织，称作过热。过热产生的粗大显微组织，将使 钢的性能变坏，特别是是人性严重下降。过热的工 件必须重新且可以进行加热使）影响奥氏体形成的因素
2.加热速度 连续加热时，随加热速度的增大，奥氏体形成 速度加快，形成的温度范围扩大，形成所需的时间 缩短。
奥氏体过程及影响因素
（二）影响奥氏体形成的因素
3.钢的成分 随含碳量升高，铁素体和渗碳体相界面总量增 大，有利于奥氏体的形成；钢中加入合金元素，并 不改变奥氏体形成的基本过程，但显著影响其形成
奥氏体晶粒大小及其控制
（二）奥氏体晶粒的长大
加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏 体晶粒，称为奥氏体起始晶粒。其大小称为起始晶 粒度。奥氏体的起始晶粒一般都很细小，但随着加 热温度的升高和保温时间的延长，其晶粒将不断长 大，长大到钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为实际晶 粒，其大小称为实际晶粒度。奥氏体的实际晶粒度 直接影响钢热处理后的组织与性能。
奥氏体过程及影响因素
（一）奥氏体的形成
下面以共析钢为例来说明奥氏体的过程。室温 组织为珠光体的共析钢加热至A1（Ac1）以上时，将 形成奥氏体，即发生P（F+Fe3C）→A的转变。
奥氏体形成是通过形核和长大的结晶过程来实 现的，奥氏体化过程包括奥氏体晶核的形成、奥氏 体的长大、残留渗碳体的溶解和奥氏体均匀化四个 阶段，如图6-3所示。
奥氏体晶粒大小及其控制
（三）奥氏体晶粒大小的控制
除上述成分、冶炼条件外，为获得细小的晶粒， 还需控制热处理加热制度。主要考虑：
1.加热温度 2.保温时间 3.加热速度
四、 加热易产生的缺陷
钢在高温作用下，与加热介质中O2、CO2、H2O 等氧化性介质发生氧化反应，形成金属氧化物的 现象称为氧化。钢的氧化铀两种：表面氧化合内 氧化。
加热易产生的缺陷
（四）过烧
由于加热温度过高，使奥氏体晶界严重氧化， 甚至发生了局部熔化，这种现象称为过烧。过烧严 重降低了钢的性能。产生了过烧得工件无法挽回， 只能报废。
第二节 钢的冷却及组织转变
钢经加热获得均匀的奥氏体组织，只是为随后的 冷却转变作好了准备，热处理后钢的组织与性能是由 冷却过程来决定的，所以控制奥氏体在冷却时的转变
第六章 钢的热处理
第一节 钢的加热及组织转变 第二节 钢的冷却及组织转变 第三节 退火和正火 第四节 淬火及回火 第五节 钢的表面热处理和化学
热处理工艺 第六节 热处理新技术和新工艺
第一节 钢的加热及组织转变
一、 钢的相变点（临界温度）
相变点是指金属或合金在加热或冷却过程中 发生相变的温度，又称临界点。
奥氏体过程及影响因素
（一）奥氏体的形成
图6-3 a）奥氏体形核 b）奥氏体长大 c）残留渗碳体溶解 d）奥氏体成分均匀化
奥氏体过程及影响因素
（二）影响奥氏体形成的因素
1.加热温度 随着奥氏体形成温度的升高，原子扩散能力提 高，特别是碳在奥氏体中的扩散能力提高；同时FeFe3C相图中GS线和SE线间的距离加大，即增大了奥 氏体中的碳浓度梯度，这些都将加速奥氏体的形成。
钢的相变点
根据Fe-Fe3C相图可知，钢在缓慢加热或 冷却过程中，在PSK线、GS线和ES线上都要发 生组织转变。因此，任一成分碳钢的固态组 织转变的相变点，都可由这三条线来确定。
二、 奥氏体化过程及影响因素
加热时热处理的第一道工序，任何成分的碳 钢加热到Ac1线以上时，都将发生珠光体向奥氏体 的转变。把钢加热到相变点以上获得奥氏体组织 的过程称为“奥氏体化”。钢只有处在奥氏体状 态下才能通过不同的冷却方式转变为不同的组织， 从而获得所需的性能。