第五章、钢的热处理

首先在奥氏体晶界处形 成Fe3C的核心，然后不断长 大，周围奥氏体将发生晶格改组转变为铁素体，铁素体的生成 促使渗碳体的长大和形核，长大的渗碳体可以分枝，它们共同 生长的结果便得到层片的分布。在一个奥氏体晶粒中可能有数 处形核，各自分别发展成不同的领域，直到奥氏体完全消失。 此外，渗碳体形核与原奥氏体有一定的位向关系，所以珠光体 在奥氏体中常为几种特定方向。
(a)刚刚完成奥氏体化的晶粒大小称为“起始晶粒度”。 (b)“实际晶粒度”是在具体的加热温度、保温时间的
条件下获得的晶粒大小。 (c)“ 本 质 晶 粒 度 ” 表 明 奥 氏 体 晶 粒 长 大 倾 向 ( 经
930℃±10℃，保温3~8 小时后测得奥氏体晶粒大小)
晶粒度大小在5~8级为本质细晶粒钢，1~4级为本质粗晶粒钢。
二、奥氏体的形成
钢加热到临界点以上的温度，形成奥氏体的过程又称奥 氏体化。
奥氏体是碳在-Fe中的间隙型固溶体，具有面心 立方晶格，在光镜下通常是多边形晶粒组织。
在钢的各种组织中，奥氏体的比体积最小，线膨 胀系数大，热导率低。奥氏体的屈服强度很低，塑 性很好，易于变形加工成形，钢的锻造和轧制均在 奥氏体状态下进行。
皆转变成奥 氏体（A）
钢的奥氏体化
(1)奥氏体生核 (2)奥氏体长大 (3)残余渗碳体溶解 (4)奥氏体均匀化
亚共析钢需加热到Ac3以上，共析钢需加热到Ac1以 上，过共析钢需加热到Accm以上，才能得到成分均 匀单一的奥氏体组织。
三、A晶粒长大与影响因素
• 在钢加热奥氏体化以后，若继续保温或升 温，奥氏体晶粒将会长大。
• (b)550ºC～Ms点区间发生贝氏体转变，产物是 贝氏体(B)，硬度值较高在40～55HRC之间；
• (c)在Ms点以下将发生马氏体转变，得到马氏 体(M)，马氏体的硬度很高，可达到60HRC以 上。
高温转变 ：在 A1～550℃之间
中温转变：在 550℃～Ms(230 ℃ )之间
低温转变：在 Ms (230 ℃ ) ～ 共析钢等温冷却转变曲线（C曲线）MTTfT(50 ℃ )之间
选用含有一定合金元素的钢 大多数合金元 素，如Ｃr、Ｗ、Mo、Ｖ、Tｉ等，在钢中均可 以形成难溶于 奥氏体的碳化物，如Cr7C3、Ｗ C、Mo2C、VC、TiC等，分布在晶粒边界上， 阻碍奥氏体晶粒长大。
§5. 2 钢在冷却时的转变
• 过冷奥氏体在不同的温度区间会发生三 种不同的转变。
• (a)在A1~500ºC区间发生珠光体转变，转变的产 物是珠光体(P)，其硬度值较低，在11～40HRC 之间；
6马氏体形成时体积膨胀, 在钢中造成很大 的内应力 。
• 二、钢中马氏体的组织形态 1 板条状马氏体 2片状马氏体
图8-16 板条状马氏体示意图
图组织形态
三、马氏体高硬度高强度的原因：
1.相变强化（位错，孪晶）； 2.碳原子固溶强化等。 种类 含C量 形态 亚结构 强化方式 M板 <0.3% 细条状 位错 固溶和位错强化 M片 >1.0% 双凸镜状 孪晶 固溶和孪晶强化
铁碳合金相图
二、钢在加热与冷却时的滞后特点
热处理的理论依据： 铁碳合金平衡相图,但 实际转变温度比相图 上的临界温度有一定 的滞后现象，即：过 冷(r)、过热(c)
A3—Ac3—Ar3
A1—Ac1—Ar1
Acm—Accm--Arcm
§ 5.1 钢在加热时的转变
一、固态相变类型：
扩散性相变
半扩散性相变 非扩散性相变
一、珠光体的形成及其组织
(1)粒状P 温度：A1附近长时间保温
Fe3C 以粒状分布于F 基体上形成的混合组织。采用球化处 理工艺可以得到粒状珠光体组织。Fe3C 的量由钢的C%决定； Fe3C 的尺寸、形状由球化工艺决定。
(2)片状P
(a)珠光体—在Al～650ºC区间形成，片间距约大于0.4m； (b)索氏体—在650～600ºC之间形成，片间距较小约0.4～0.2m； (c)屈氏体—形成温度在600～550ºC，片间距小于0.2m。
(3) P的性能
珠光体组织的基体是铁素体，其硬度与屈服强度很低，塑 性很好，靠硬而脆的渗碳体分散在其中来强化。因此珠光体 的力学性能主要取决于渗碳体的分散度(即珠光体的片间距) 和渗碳体的形状。
强硬度：P粒∠P ∠ S ∠ T
珠光体 3800× 索氏体 8000× 屈氏体 8000 ×
二、马氏体组织形态及性能
• 奥氏体晶粒的长大机制与再结晶晶粒长大 机制相似，小晶粒被吞并，大晶粒长大以及晶 界平直化。
•
加热温度越高奥氏体晶粒长大速度越快，
保温时间越长晶粒长得越大。
1.奥氏体晶粒的概念：晶粒度N表示，晶粒度通常分 8级评定，1级最粗，8级最细，若比10级还细，则 为超细晶粒。
晶粒度级别与晶粒大小的关系为：
钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性 能。奥氏体晶粒细小，则其转变产物的晶粒也较细小，性能 较好；反之，转变产物的晶粒则粗大，而且其性能也较差。
2.影响晶粒度的因素
(1)加热温度和时间的影响
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒度越粗大。
(2)含C量的影响
(3)残余渗碳体
(4)合金元素的影响
钢中的马氏体是碳在—Fe中的过 饱和固溶体，具有体心正方晶格 。
一、马氏体转变的主要特点
1 过冷A冷到Ms点以下发生(共析钢<230ºC)； 2 无扩散型相变 ,具有瞬时性; 3 沿一定的惯析面及位向关系切变共格形核;
正方度：c/a 4 马氏体转变具有不完全性—残A;
5 在一个温度范围内完成的（Ms-Mz）;
第五章、钢的热处理
一、热处理的目的、实质和工艺要素
1. 热处理的目的： 获得所需的组织和性能
2. 热处理的实质： 通过热处理工艺控制产生固态相变获 得组织和性能
3.热处理工艺要素： 加热（加热速度、加热温度），保温 （保温时间）．冷却（冷却速度）
T(温度） 临界温度
示意图 热处理工艺曲线详图
热处理的理论依据：
马氏体的塑性和韧性与马氏体的亚结构有密切的关系， 同样强度的板条马氏体的塑性和韧性比片状马氏体要 好得多。
1.片状马氏体的亚结构主要是孪晶，孪晶使马氏体中的滑移系 显著地减少(仅有体心立方金属的1／4)，使滑移困难，强度升 高而塑性和韧性严重下降； 2.片状马氏体C过饱和大，c/a大，畸变大，残余应力大。