工程材料教学课件

Acm A1
1．奥氏体的形成 —— Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。
共析钢加热到Ac1 以上时， P → A 共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3C 完全溶解、C 的均匀化。
亚（过）析钢的A化 —— P → A ，首先是先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。
影响A转变速度的因素
加热温度和速度↑→ 转变快 C%↑或 Fe3C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快 合金元素 → A化速度↑或↓
第1章 钢的热处理
钢的热处理
热处理的概念 1.1 钢在加热时的转变
1.2 钢在冷却时的转变 1.3 钢的普通热处理 1.4 钢的表面热处理 1.5 钢的化学热处理
把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和 冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。
1.1 钢在加热时的转变
临界温度
A3
平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar3、Arcm
连续冷却 转变产物
炉冷→ P
(V ≈０)
空冷→ S
(V ≤Vk')
油冷→ T+M+A' (Vk' ～Vk)
水冷→ M+A'
(V≥Vk)
CCT 和 TTT曲线的比较 CCT 位于 TTT曲线 右下方 CCT中没有 A→B 转变
亚共析钢 连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F + S 油冷→ T + M 水冷→ M
索氏 体S 8000 ×
珠光体 P ，3800×
屈氏体
T 8000×
中温转变（550℃ ~ MS） —— C原子扩散， Fe原子不扩散
过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ）：上B，550 ~ 350℃产 物 —— 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。上B 强度和韧性差
45钢，上B+下B，×400 光学显微照片 1300× 电子显微照片 5000×
T/℃ 800
700
600
Acm A
A1
A→Fe3CⅡ
A→P
A+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ
500
400
A→B
B
300
200 Ms
100
M+A'
0
Mf
105
-100 0
1
10 102 103 104 105 时间/s
2. 过冷A的连续冷却转变
连续冷却 转变(CCT)曲线
Ps —— A→P 开始线 Pf —— A→P 终止线 KK' —— P型转变终止线 Vk —— 上临界冷却速度 Vk' —— 下临界冷却速度 MS —— A→ M 开始温度 Mf —— A→ M 终止温度
大连交通大学工程材料课程
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工程材料的分类
黑色金属材料：钢和铸铁
工程材料
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在机械工业中使用最 多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为它具优良的使用性能和加工工艺性 能。
使用性能
机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等 物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等
金属材料 的性能
加工工艺性能
铸造性能：流动性、收缩性等
锻造性能：压力加工成型性等
切削加工性能：车、铣、刨、磨的 切削量，光洁度等
焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等
热处理性能：淬透性、回火稳定性等
T/℃ 800
700
600
A3
A
A1
A→F
A→P
A+F
P+F
500
400
A→B
B
Ms
300
200
100 Mf 0
M+A'
-100 01
10 102 103 104 时间/s
T/℃
800
A1
A
700
600
A→P
P
500
400
A→B
B
300
Ms
200
100
M+A'
0 Mf -100
01
10 102 103 104 时间/s
A 晶粒度：起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
加热温度，保温时间↑ → 晶粒尺寸↓ 合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓
1.2 钢在冷却时的转变：
1．过冷A的等温转变 2．过冷A的连续冷却
转变
共析钢的C 曲线
1. 过冷A的等温转变
过冷A : T < A1时，A不稳定。 A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线)
3) 不彻底 M 转变总要残留少量 A， A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓ ，残余A含量↑
4) M形成时体积↑， 造成很大内应力。
M 的形态
板条M, 平行的细板条束组成
C% < 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。 C% > 1.0 % 时，为针状M 。
C% = 0.25~1.0 % 时，为混合M 。
过 A→上B
400
冷
上B
40~50HRC
300
A
A→下B
下B 50~60HRC
Ms
200
100
A→M M+A'
60~65HRC
0
Mf
-100
M
2
3
4
5
高温P转变过程 —— 晶格改变和Fe，C原子扩散。
珠光体 P 索氏体 S 屈氏体 T
层片间距：P > S > T
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
高温转变，A1 ~ 550℃ 过冷A → P 型组织 中温转变，550℃ ~ MS
过冷A →贝氏体 ( B ) 低温转变，MS ~ Mf
过冷A →马氏体 ( M )
T/℃
80变开始
600
冷
A→S
A A→T
A→P
转变结束
S
T
P 5~25HRC
25~35HRC 35~40HRC
500
过共析钢 连续冷却转变
炉冷→ P + Fe3CⅡ 空冷→ S + Fe3CⅡ 油冷→ T + M + A' 水冷→ M + A'
转变温度 对共析钢 硬度 和 韧性 的影响
按转变温度的高低， 转变产物分别是： P、S、T，上B、下B、M， 其硬度依次增加。
下B， 350℃ ~ MS 产物：下B 韧性高，综合机械性能好。
T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
马氏体（M）转变特点
1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散， M是体心正方的C过饱和的F ，固溶强化显著。
2) 瞬时性 M 的形成速度很快， 温度↓则 转变量↑
Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃
针状M（凸透镜状）
M 的性能
C %↑→ M 硬度↑ 针状M 硬度高，塑韧性差。 板条M 强度高，塑韧性较好。
亚（过）共析钢过冷A的等温转变
与共析钢相比，C曲线左移， 多一条过冷AF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。