金属材料热处理原理

（a）亚共析钢
（b）共析钢
（c）过共析钢
图4.9 亚共析碳钢、共析碳钢及过共析碳钢的C曲线比较
（3）影响 C 曲线的主要因素
②合金元素的影响
除 Co 外，凡溶入A的Me， 都能增加A’的稳定性，使C 曲 线右移。
除 Co 和 Al 外，凡溶入A的 Me均能使Ms 与Mf 点下降。
③ 奥氏体化条件的影响
（2）C曲线分析
转变开始线与纵坐标之间 的距离为孕育期。孕育期越 小，过冷奥氏体稳定性越小. 孕育期最小处称C 曲线的 “鼻尖”。碳钢鼻尖处的温 度为550℃。 在鼻尖以上, 温度较高，相 变驱动力小;在鼻尖以下，温 度较低，扩散困难。从而使 奥氏体稳定性增加。 C曲线明确表示了过冷奥 氏体在不同温度下的等温转 变产物。
③ M的组织形态与性能
影响M形态的因素
M形态→M转变温度→A化学成分（如左下图所示） 0.2%C 低碳M；1.0%C 高碳M。 0.2%～1.0％C：当小于0.6％C时，以低碳M为主；当大于0.6％C时，以高碳M为主。应
注意：A的碳含量≠钢的碳含量
随钢中奥氏体碳含量的增加，M的转变温度下降，残余奥氏体量增加， 如右下图所示。
（3）贝氏体（B）转变
4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）
5.过冷奥氏体转变曲线的应用
请看：两张表
45钢经840加热，于不同冷却速度冷却后的性能（表4.1）
T8钢经不同速度冷却后的性能（10mm，800加热）
请思考？ 1. 为什么钢（45，T8）加热A化后于不同冷却速度下的性能会有 如此的差别呢？ 2. 为什么冷却速度越快，钢的硬度、强度越高，而塑性、韧性则 越低呢？
4.2 金属材料热处理原理
4.2.1 钢在加热时的转变 4.2.2 奥氏体在冷却时的转变 4.2.3 淬火钢在回火时的转变 4.2.4 金属材料的脱溶沉淀与时效
请思考 ？（见教材P83问题提示）
1.铁碳合金相图在钢铁材料热处理中的作用是什么呢？ 钢铁材料冷却转变曲线（TTT、CCT曲线）的物理意义 是什么？您会使用它来分析不同热处理条件下所获得的 转变产物（组织）吗？您能在TTT或CCT曲线上示意地 标出退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分 级淬火与不完全淬火的冷却速度曲线吗？ 2.“五大转变”指的是哪五种类型的转变，试从转变性 质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与应 用等方面说明？
以共析钢为例（如右图4.7所示→）： i取一批小试样并进行奥氏体化. ii将试样分组淬入低于A1点的不同温度的盐浴中, 隔一定时间取一试样淬入水中。 iii测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量 与转变时间的关系。 iv将各温度下转变开始时间及终了时间标在温 度—时间坐标中，并分别连线。
转变开始点的连线称转变开始线。转变 终了点的连线称转变终了线。
＃P片层间距与硬度的关系图
#P片层间距与转变温度、性能关系
②珠光体的组织形态与性能
球化体（粒状珠光体）
球化体与片状P相比：
i 当碳含量相同时，球化
体的塑韧性好，可切削加
工性好，冷挤压成形性也
好，加热淬火时变形、开
裂倾向也小；
i i 当σb相同时，球化体 的σ-1高；
iii 当硬度相同时，球化
(a)
4.2.2 奥氏体在冷却时的转变
1.奥氏体冷却转变的理论依据是什麽？
2.过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（C ，TTT曲线）
（1）C曲线是如何建立的？（2）C曲线分析
（3）影响C曲线的主要因素有哪些？

①化学成分（碳含量；合金元素的含量）;②奥氏体化条件
3.过冷奥氏体转变产物的组织与性能
（1）珠光体（P）转变；(2)马氏体（M）转变；
线右端下降.
过共析钢CCT曲线
亚共析钢CCT曲线
5. 过冷奥氏体转变曲线的应用
（1）C曲线的应用
图4.23 在 C曲线上估 计连续冷却 时过冷奥氏 体转变产物 示意图
水油 冷冷
炉 空冷 冷
P
S
M+A’ T+M+A’
用C曲线定性说明共析钢连续冷却时
CCT曲线获得困难;
的组织转变
TTT曲线容易测得. 可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。方
i 共析钢的CCT曲线没有贝体氏组体织转时变的区最，小在冷P转却变速区度之. 下多了一条转变中止线(K线)。
当连续冷却曲线碰到K线时，P转变中止，余下的过冷奥氏体一直保持到Ms以下
转变为M。
ii CCT曲线位于C曲线的右下方。
4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线

它是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。
线
正方度越大，正方畸变越严重；当＜0.25%C时,
c /a =1, 此时M为BCC晶格.
图4.15 M的晶体 结构示意图 →
因此，伴随M形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。
③ M的 组织形态与性能
钢中M的组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。
板条状M，位错M或低碳M
片状M，孪晶M或高碳 M
片状珠光体的显微组织图
P（珠光体）→
（a）500× （b）8000×
（c）1000×
（d）19000×
← S（索氏体）
T（托氏体）→
（e）200× （f）19000×
3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能
(1) 珠光体（P）转变 (A1～550℃，高温转变或扩散型相变)
②珠光体的组织形态与性能
片状珠光体的性能
（b）
（c）
珠光体的硬度（a）；（b）形态1000X;（c）原始组织1000X
体的综合力学性能好（不
易产生应力集中、裂纹）。
因此，高碳钢在机械加
工和最终热处理之前，常
要求材料先经球化退火处
理，以获得均匀的球化体
组织。
片状P与球化体力学性能对比
片状P与球化体切削性能比较
（2）马氏体（M）转变
① M的形成条件（T＜MS，V＞VkC）
图4.24 亚共析钢CCT曲线 图4.21 共析钢CCT曲 线
＃过共析钢CCT曲线
4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 （CCT曲线）
过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区, 但比共析钢CCT曲线多一条A→Fe3C转变开始线。
由于Fe3C的析出, 奥氏体中含碳量下降, 因而Ms 线右端升高.
亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，还多A→F开始线, F析出使A含碳量升高, 因而Ms
（2）注意区分三种奥氏体晶粒度
A起始晶粒度； A实际晶粒度； A本质晶粒度（如图4.5所示）。
（3）奥氏体晶粒度的控制
①合理选择加热条件； ②加热速度的选择（右下图示）； ③化学成分的控制
图4.5 本质细晶粒和本质粗晶粒示意图
＃珠光体向奥氏体的转变过程图
因此在热处理加热时，应严格控制加热温度、保温时间、加热速度及合理选择钢种。
图4.＃ M形态与碳含量关系
图4.＃ 奥氏体的碳含量对M转变温度（a）及AR量（b）的影 响
③ M的组织形态与性能
M的性能 M具有高强度、高硬度：固溶强化，相变强化，时效强化，细晶强化
等。 M是最经济、有效的综合强化效果。 M具有高的硬度和强度。M的硬度主要取决于碳含量（如右下图所示）。
表4.＃ 淬火钢的塑、韧性与碳含量间关系
请思考：回顾金工实习，各种热处理工艺的
共同点是什么？
（a）加热温度
（b）工艺规范
图4.35 各种退火与正火工艺规范
碳钢淬火加热温度范围
热处理工艺曲线示意图→
4.2.1 钢在加热时的转变
1.钢加热转变的理论依据是什麽？
加热和冷却对临界转变温度的影响 铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。 实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别 用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。 因加热或冷却速度直接影响转变温度，因此一般热处理手册中的数据是以30～ 50℃/h的速度加热或冷却时测得的。
（a）Co
（b）Ni
（c）Cr
图4.10 Me对C曲线的影响
奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶 碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移。
使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.
3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能
(1) 珠光体（P）转变 (A1～550℃，高温转变或扩散型相变)
金相显微组织500X 电子显微组织4000X
表4.2 贝氏体型转变的
形成温度、转变机制、
组织特征、形成特点、
硬度及性能特点，获得
工艺
→
A’等温转变的类型、产物、性能及特 征
注意区分与比较:
两种马氏体的性能比较（如下表所示）
贝氏体转变特征一览表（共析钢）
4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 （CCT曲线）
C 曲线的物理意义
C曲线的 物理意 义——即
指C曲线中 各条特性线 的含义，以 及各个区域 的组织这双 层含义。
图4.8 共析碳钢的A’等温冷却转变曲线（C曲线）分析
2. 过冷A等温冷却转变曲线（C曲线）
C曲线的物理意义 （各条特性线含义；各区域组织）
各个区域对应何种类型组织？
①A1～Ms
间及转变开始线以左的区域为A’
温 度
（过冷奥氏体）区;
过
A1
A
②转变终了线以右及A1以下为转变产物区; ③两C线之间为A ’与转变产物共存区;
④MS～Mf之间为M转变区。
特性线A1 ,MS , C左 , C右线的含
冷 A’
P
A