共析钢冷却组织转变(1)
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料
§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。
将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。
该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。
2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。
孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。
二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。
铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。
珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。
碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。
转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。
上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。
钢的冷却转变讲解
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。 b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。 c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
线是两条C曲线。 d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
临界温度
加热
保温
连续 冷却
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线； Pf：P转变结束线；
K: 是P转变终止线； VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越
小，钢件在淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。 VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火所需的时间就越长。
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规 律，主要用于研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多 为连续冷却，所以难以直接应用，CCT图 （连续转变图，Continuous-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
合物。其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃
硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃
共析钢结晶过程及组织转变
共析钢结晶过程及组织转变嘿，朋友们！今天咱来唠唠共析钢结晶过程及组织转变这档子事儿。
你想想啊，这共析钢就好比一个小世界，里面有着奇妙的变化在不断发生。
钢水就像是一群小精灵，它们一开始可没什么秩序，乱糟糟地挤在一起。
当温度慢慢降低，这些小精灵们就开始行动啦！它们慢慢聚集，就像小伙伴们找到组织一样。
这个过程就像是一场神秘的舞蹈，它们排列组合，形成了奥氏体。
接着呢，温度继续下降，这时候就更精彩啦！奥氏体这个大集体开始分裂啦，就好像一个团队要分家一样。
一部分变成了铁素体，一部分变成了渗碳体。
这铁素体就像是温柔的小绵羊，乖乖的；而渗碳体呢，有点像调皮的小猴子，不太安分。
然后呀，这些铁素体和渗碳体可不是随便分布的哦，它们有着特定的排列方式，就像士兵排队一样整齐。
这就形成了共析钢独特的组织。
你说神奇不神奇？这整个过程就好像是一场精彩的魔术表演，从混乱到有序，从单一到多样。
咱再打个比方，这共析钢的结晶过程就像是盖房子，钢水是原材料，奥氏体是地基，铁素体和渗碳体就是不同的建筑材料，最后建成的房子就是共析钢的组织。
而且啊，这个过程中每个细节都很重要呢！温度的变化、元素的比例，稍有差池，可能得到的就不是我们想要的啦！
你说要是温度控制不好，那会变成啥样呢？是不是就乱套啦？所以说呀，这共析钢结晶过程及组织转变可不是闹着玩的，得认真对待！
这就是共析钢的奇妙世界，充满了变化和惊喜。
我们了解它，就能更好地利用它，让它为我们的生活和工作服务。
怎么样，是不是觉得很有意思呀？别小看这小小的钢，它背后的学问可大着呢！。
钢的加热冷却组织转变
（F和Fe3C），转变为另一种晶格形式的单相（A）的过程，在这样的相变过程中，必然伴随 着Fe、C原子的扩散和相应的晶格重构。研究证明，α-γ晶格重构过程实际上是固态下重结
晶的过程，因此，同样遵循结晶的基本规律，是一个形核、长大和均匀化的过程。
珠光体向奥氏体的转变可分为以下3个步骤，共析钢中奥氏体形成过程示意图如图6－3
亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体，因此亚共析钢的奥氏体转变由两个阶段 组成。① 是珠光体向奥氏体的转变（加热到略高Ac1 ）；② 是铁素体向奥氏体的转变（加热 到Ac1～Ac3之间）。珠光体向奥氏体的转变与共析钢相同。当珠光体向奥氏体转变结束时，在 铁素体晶界上开始形成新的奥氏体晶核，这些新的晶核依靠吸收由先形成的奥氏体中越过晶 界扩散过来的碳原子而不断向铁素体晶粒内部长大。当温度略高于Ac3时，铁素体全部转变成 奥氏体，之后碳原子的扩散还要维持一段时间才能使所有奥氏体的成分达到均匀一致。 2.2.2 过共析钢的奥氏体转变
指在规定加热条件下（把钢加热到930±10℃、保温3～8h）所测得的奥氏体晶粒度。本 质晶粒度的实质是表示钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向。不同牌号的钢奥氏体晶粒长大的倾 向是不同的，在一定的温度下把随着温度的升高奥氏体晶粒迅速长大的钢称为本质粗晶粒钢， 而奥氏体的晶粒随温度的升高不易长大的钢称为本质细晶粒钢，钢的本质晶粒度示意图如图 6-8所示。一般需要进行热处理的零件大多采用的是本质细晶粒钢，因为本质细晶粒钢热处理 后易获得细小的实际晶粒度。
过冷或过热现象，在相图上实际的相变温度和平衡临界点就会产生偏移的现象，而且加热或
冷却速度越快，偏移量越大。为了便于区别，通常把实际加热时的各临界点用Ac1、Ac3、Accm 表示，冷却时的各临界点用Ar1、Ar3、Arcm表示。钢的各实际临界点的含义如下：
钢在冷却时的组织转变
§2-2 钢在冷却时的组织转变
同一化学成分的钢材加热到奥氏体后，若采用不同的冷却方法和冷却速度，将得到不同形态的组织，从而获得不同的性能。
Wc=0.45%非合金钢加热到840°C，不同方法冷却后的力学性能
由铁碳相图可知，当温度在A1以上时，奥氏体是稳定的。
当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。
过冷奥氏体是不稳定的，它会转变为其他组织。
钢奥氏体化后的冷却方式有两种，如图所示。
一种是等温冷却，即把已奥氏体化的钢快速冷却到A1以下某一温度，并在此温度下保温，使奥氏体在一定的过冷度下向稳定的组织转变，转变结束后，再空冷到室温。
另一种是连续冷却，即奥氏体化的钢以不同的冷却速度连续地冷却到室温，使奥氏体在冷却过程中转变为较稳定的组织。
共析钢过冷奥氏体等温转变与不等温转变产物的组织和性能
采用等温转变可以获得单一的珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体组织。
而采用连续冷却转变，由于转变是在一个温度范围内进行，其转变产物不是单一的。
根据冷却速度的变化，有可能是：P+S、S+T、T+M等。
另外，马氏体组织既可以通过等温转变方式获得，也可以通过连续冷却转变方式获得。
Fe-C相图知识
铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC 和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
5-2钢冷却时的组织转变
温度 (℃ ) 800
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
Mn、Si、Ni、Cu等非碳化物形成元素，仅仅使C曲线→， 但不改变C曲线形状；
除Co和Al之外，其余Ae使Ms点↘。
1 过冷γ的等温冷却转变图
(4)影响C曲线的因素
③ T和 t ：
γ化的T↗和保温t↗，碳化物充分溶解并成分均匀化，晶 粒粗大， γ越稳定，C曲线→。
2 过冷γ的连续冷却转变图-CCT图
③M转变区——Ms以下
M的组织形态和性能： M的组织形态取决于C%，当C%>1%时，全部得到片状M； 当C%<0.2%时，得到板条状M； 当0.2%<C%<1%时，得到混合M。
片状M主要在高碳钢和高碳合金钢中出现，故又叫高碳M。
片状M的立体形貌为透镜状，二维形貌呈竹叶状或针状， 故又叫针状M。
1 过冷γ的等温冷却转变图
1 过冷γ的等温冷却转变图
(3)过冷γ转变产物的组织形态与性能
②β转变区——550℃-Ms之间
在该温度区间保温，过冷γ转变成β，该转变叫做中温转 变，得到Fe3C和含C过饱和F的机械混合物，即β体。 片间距随着△T的↗而↘。 β转变属于半扩散型转变，C原子扩散而Fe原子不扩散。
1 过冷γ的等温冷却转变图
(3)过冷γ转变产物的组织形态与性能
①P转变区——A1-550℃之间
在该温度范围内，原子能充分扩散，随着T的↘，相变驱 动力↗，孕育期逐渐↘，转变速度↗。 A1-650℃—生成较粗片状的P组织，普通光镜下可分辨；
第二节 钢在冷却时的组织转变(1)
第二节 钢在冷却时 的组织转变
交流与讨论
热处理时加热的目的是什么？ 亚共析钢、共析钢和过共析钢 奥氏体化分别时加热到什么临界温 度？请画出图示。
热处理中冷却是热处理最关
键的操作，冷却方式不同，得到的 组织也不同，请阅读表5-1 45钢 经840℃加热后在不同条件冷却后 的力学性能。
第二节 钢在冷却时 的组织转变
课堂练习与作业
作业
习题一（2） 习题二（1 ）（2） （3） 课堂练习 习题三
谢谢指导
组织名称 符号 温度范围
组织特征 硬度（HRC）
上贝氏体 B上 550℃~350℃ 羽毛状
40~45
下贝氏体 B下 350℃~Ms
黑色针叶状 45~55
小结
学习内容：
热处理的冷却方式 １、等温冷却 ２、连续冷却 一、过冷奥氏体等温转变 1、珠光体转变 2、贝氏体转变
学习重点
过冷奥氏体等温冷却的组织和 性能过冷奥氏体典型连续的产物
2．过冷奥氏体等温转变 产物的组织和性能
（1）珠光体转变 在A1~550℃温度范围
组织名称 符号 温度范围
组织特征
硬度（HRC）
珠光体 P A1~650℃
粗片状
＜25
索氏体 S 650℃~600℃
细片状
25~35
托氏体 T 600℃~550℃ 极细片状
35~40
（2）贝氏体转变 在550℃~Ms温度范围
热处理的冷却方式
Байду номын сангаас１、等温冷却 ２、连续冷却
一、过冷奥氏体等温转变
1．过冷奥氏体等温转变图
共析钢过冷奥氏体等温转变图
1．过冷奥氏体等温转变图
共析钢过冷奥氏体等温转变图：
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共析钢在冷却时的组织转变
教学目的：了解冷却两种形式，掌握转变得到的组织名称及相关的性能、特点。
重点：共析钢奥氏体等温转变图的理解。
难点：冷却后各种组织（珠光体、贝氏体、马氏体）的区别、性能和使用价值。
复习巩固：
1．钢经过加热、保温得到奥氏体，是实现热处理的先决条件。
（）2．共析钢的含碳量是0.77%，45号钢表示含碳量为0.45%的钢。
（）3．铁碳相图中PSK线表示为A1，温度是1538度。
（）4．奥氏体加热时的三条控制线为Ac1、Ac3和。
5．热处理的三个阶段是加热、、冷却组成。
6．补全奥氏体加热、冷却的临界点图：
具体讲解：
一、奥氏体冷却转变的两种方式：
判断：1．钢经过加热、保温得到奥氏体，创造了实现热处理目的的先决条件，但
是最终的性能主要决定于奥氏体冷却转变后的组织。
（）2．45号钢奥氏体化后用不同的冷却方法，转变后产物的性能差别很小。
（）A、等温冷却方式示意图：B、连续冷却方式示意图：
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Ar1 ---------------------------- Ar1
二、共析钢奥氏体等温转变图：
1．(共析钢、过共析钢)奥氏体在临界冷却温度A1以下处于不稳定
状态，必然要发生转变，但并不是一旦冷却到（A1、A3）温度以下就
会立即发生转变，而是在转变前尚需停留一段时间，这一时间称为“孕育期”。
2．在孕育期中暂时存在但处于不稳定状态的奥氏体称为（过热、
过冷）奥氏体。
3．共析钢奥氏体等温转变图（将下图补充完整：温度、硬度值、组织名称等）
A、其中a1-----a5为过冷奥氏体转变线，b1-----b5是。
焊件热处理基础班级：姓名：学号：第9页。