金属学热处理课件——第二章 热处理原理课件3
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１、低碳的板条马氏体内：碳原子从扁八面体 间隙位置上向位错线附近偏聚；含碳<0.25% 时，形成“柯氏气团”，减低马氏体的正方 度。含碳>0.25%时，多余的碳形成偏聚区， 使马氏体的正方度增加。
２、高碳的片状马氏体内：碳原子在一定的晶 面｛100｝Ｍ上偏聚，形成小片富碳区。
（二） 马氏体的分解
当回火温度80－250℃时产生；
研究意义：实际的热加工和热处理过程并 不是等温冷却过程，而是连续冷却过程， 所以要研究过冷奥氏体的连续冷却转变的 过程，要研究ＣＣＴ曲线。
（一）ＣＣＴ曲线的建立
通常用膨胀法、金相法和磁性法测定， 一般常用膨胀法来测定， 其速度快，数据 准确。具体过程是将钢试样奥氏体化→测 定不同冷速下的膨胀曲线→在膨胀曲线上 确定临界点→将转变开始点和终了点连接 起来形成了冷却转变曲线。
２、亚共析钢的ＣＣＴ曲线
曲线特征是：有四个转变区。 先共析相的转变区、珠光体转变区、 贝氏体转变区和马氏体转变区。马 氏体转变开始线的后半部分向下倾 斜。
3、过共析钢的ＣＣＴ曲线
两个转变区。先共析相、珠光体区。马氏体转变 开始线的后半部分向上倾斜。
（三） CCT曲线和TTT曲线的比较
连冷转变可看为无数个温差很小的等温 转变过程。-----混合物。但由于冷却速度的 影响，使得转变不能充分进行。
（二）ＣＣＴ曲线的分析
１、共析钢ＣＣＴ曲线 只有珠光体和马氏体两个转变区，无贝氏体和 先共析相转变区，曲线，简单。
Ｖｃ——上临界冷速、淬火临界冷速（大） 是指奥氏体不发生分解而全部转变为马氏体的 最小冷速；
Ｖｃ′——下临界冷速（小） 是指奥氏体全部发生分解而不转变为马氏体的 最大冷速。
7
（１） 当ｖ＝ｖ１，ｖ２时，全部Ｐ （２） 当ｖ＝ｖ４时，Ｍ＋残余Ａ （３） 当ｖ＝ｖ３时，Ｐ＋Ｍ＋残余Ａ
２、低碳的板条马氏体：
在150～250℃回火时，一般不析出ε碳化物， 碳原子几乎全偏聚在位错线附近，无ε碳化物的析 出。
3、高碳马氏体的分解与回火温度有关
80-150 ℃，马氏体的分解靠ε碳化物的不断生 核、析出。存在高碳的马氏体和低碳马氏体，---两相式分解。
150-350 ℃，碳原子活动能力强，可长距离扩 散，ε碳化物可以从远处得到碳原子，所以低碳的α 相长大，高碳的α相消失，-----连续式分解。
（三）残余奥氏体的转变
当回火温度于250－300℃时产生；
残余奥氏体的转变只能发生在中、高碳钢
中；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
随回火温度的升高，残余奥氏体的量减小；
140 ℃开始，如图9-70；
残余奥氏体的转变与回火温度有关：
Ｔ＜ＭＳ点：Ａ‘→Ｍ→Ｍ’（ ε ＋ α ）； Ｔ＞ＭＳ点：Ａ‘→Ｂ下（ ε ＋ α ）；
22
•残余Ａ与过冷Ａ •（无本质区别，状态 不同） 比较Ｃ曲线： ①Ａ‘→Ｐ速度减慢； Ａ‘→Ｂ速度加快； ②在Ｐ和Ｂ转变区之 间存在残余Ａ的稳定 区； 二次淬火：
（四）魏氏组织的形成
定义：奥氏体晶界生长出来的近于平行或其它规则 排列的针状铁素体和渗碳体加珠光体组织。
产生条件：
Wc小于0.6%的亚共析钢、Wc大于 1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的 空冷，焊缝或热影响区空冷或加热温度过 高并以较快的冷却速度冷却。
形成机制：
按切变机构形成，与贝氏体中铁素体形成 机理相似。有浮凸、惯习面{111}γ、位向关 系（K-S关系：（111）γ//（110）α， [110]γ//[111]α，）、切变共格。
②残余内应力：组织应力和热应力；会造 成变形和开裂； ③马氏体中存在着高密度的位错等亚结构， 使系统处于热力学不稳定状态；
通过回火： ①得到强、硬度，塑、韧性的合理配合； ②消除了内应力； ③稳定组织、稳定尺寸；
一、淬火钢的回火转变及组织
（一） 马氏体中碳原子的偏聚：
电阻率上升
在80－100℃的较低回火温度下产生；
－６６和９－６７所示。
18
从9－66图可知：随回火温度升高，马氏体中的 含碳量下降，正方度下降；回火时间也同样；从9－ 67可知：回火时间为２小时最合适。
组织：
高碳Ｍ（350 ℃ ）→ （α ＋ε） 即马氏体分 解得到低碳α相和ε碳化 物的复相组织称为回火 马氏体（Ｍ′），
其金相形态仍保持原马 氏体的形态，不同的是 易于被腐蚀，呈黑色针 状，如图９－６８所示。
魏氏组织的形成与钢中的含碳量（低）、奥氏体 的晶粒大小（粗）及冷却速度（较快）有关。
魏氏组织的性能： 过热缺陷组织，
机械性能下降，尤其是冲击韧性、塑性降 低、脆性转化温度升高。
重要工件要进行评定，YB31-64。 防止方法： 细化晶粒（调质、正火、退火、等温淬火）
七、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（ＣＣ Ｔ曲线）及其应用
14
§９－４ 钢在回火时的转变
淬火：
回火：将淬火钢加热到低于临界点Ａ１的 某一温度，保温以后以适当的方式冷却（空 冷）到室温的一种热处理工艺过程。
回火的目的：韧化；
原因：淬火组织：马氏体＋残余奥氏体；
①马氏体、残余奥氏体是一种亚稳相，是不 稳定的，要向稳定的状态（铁素体＋渗碳体） 进行转化，造成比容变化，伴随体积变化， 尺寸不稳定；
１、高碳的片状马氏体：回火温度大于100 ℃， 马氏体开始分解，从过饱和的α固溶体中析出了ε
－碳化物（Fe2.4C，密排六方晶格），呈薄片状， 与基体保持共格；
随回火温度逐渐升高（大于150 ℃ ），碳化
物逐渐长大，使马氏体中碳含量降低，正方度ｃ/
ａ减小；300～350 ℃，ｃ/ａ→１，马氏体的含
碳量约为0.25％Ｃ，马氏体的分解结束；如图９
共析钢、过共析钢的连冷曲线无贝氏体区 （原因：奥氏体中的含碳量高使得贝氏体转 变的孕育期很大）
共析钢的CCT 曲线较TTT曲线靠右，合金钢 也类似。
Ｖｃ”=1.5Ｖｃ
（四） 连续冷却转变曲线的应用 １、从ＣＣＴ曲线上获得钢真实的
临界淬火冷速Ｖｃ， ２、是制定钢正确的冷却规范的依据， ３、可以估算淬火以后钢的组织与性能。
（四）碳化物的转变
马氏体分解和残余奥氏体分解形成的ε 碳化物，是亚稳相，当回火温度升高到250 －400℃时，ε要向更稳定的碳化物进行转变。 碳钢中比ε碳化物稳定的碳化物有： X－Fe5C2(单斜晶格)；θ－Fe3C（渗碳体）。 碳化物的转变主要取决于回火温度、回火时 间，如图９－７２所示：
２、高碳的片状马氏体内：碳原子在一定的晶 面｛100｝Ｍ上偏聚，形成小片富碳区。
（二） 马氏体的分解
当回火温度80－250℃时产生；
研究意义：实际的热加工和热处理过程并 不是等温冷却过程，而是连续冷却过程， 所以要研究过冷奥氏体的连续冷却转变的 过程，要研究ＣＣＴ曲线。
（一）ＣＣＴ曲线的建立
通常用膨胀法、金相法和磁性法测定， 一般常用膨胀法来测定， 其速度快，数据 准确。具体过程是将钢试样奥氏体化→测 定不同冷速下的膨胀曲线→在膨胀曲线上 确定临界点→将转变开始点和终了点连接 起来形成了冷却转变曲线。
２、亚共析钢的ＣＣＴ曲线
曲线特征是：有四个转变区。 先共析相的转变区、珠光体转变区、 贝氏体转变区和马氏体转变区。马 氏体转变开始线的后半部分向下倾 斜。
3、过共析钢的ＣＣＴ曲线
两个转变区。先共析相、珠光体区。马氏体转变 开始线的后半部分向上倾斜。
（三） CCT曲线和TTT曲线的比较
连冷转变可看为无数个温差很小的等温 转变过程。-----混合物。但由于冷却速度的 影响，使得转变不能充分进行。
（二）ＣＣＴ曲线的分析
１、共析钢ＣＣＴ曲线 只有珠光体和马氏体两个转变区，无贝氏体和 先共析相转变区，曲线，简单。
Ｖｃ——上临界冷速、淬火临界冷速（大） 是指奥氏体不发生分解而全部转变为马氏体的 最小冷速；
Ｖｃ′——下临界冷速（小） 是指奥氏体全部发生分解而不转变为马氏体的 最大冷速。
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（１） 当ｖ＝ｖ１，ｖ２时，全部Ｐ （２） 当ｖ＝ｖ４时，Ｍ＋残余Ａ （３） 当ｖ＝ｖ３时，Ｐ＋Ｍ＋残余Ａ
２、低碳的板条马氏体：
在150～250℃回火时，一般不析出ε碳化物， 碳原子几乎全偏聚在位错线附近，无ε碳化物的析 出。
3、高碳马氏体的分解与回火温度有关
80-150 ℃，马氏体的分解靠ε碳化物的不断生 核、析出。存在高碳的马氏体和低碳马氏体，---两相式分解。
150-350 ℃，碳原子活动能力强，可长距离扩 散，ε碳化物可以从远处得到碳原子，所以低碳的α 相长大，高碳的α相消失，-----连续式分解。
（三）残余奥氏体的转变
当回火温度于250－300℃时产生；
残余奥氏体的转变只能发生在中、高碳钢
中；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
随回火温度的升高，残余奥氏体的量减小；
140 ℃开始，如图9-70；
残余奥氏体的转变与回火温度有关：
Ｔ＜ＭＳ点：Ａ‘→Ｍ→Ｍ’（ ε ＋ α ）； Ｔ＞ＭＳ点：Ａ‘→Ｂ下（ ε ＋ α ）；
22
•残余Ａ与过冷Ａ •（无本质区别，状态 不同） 比较Ｃ曲线： ①Ａ‘→Ｐ速度减慢； Ａ‘→Ｂ速度加快； ②在Ｐ和Ｂ转变区之 间存在残余Ａ的稳定 区； 二次淬火：
（四）魏氏组织的形成
定义：奥氏体晶界生长出来的近于平行或其它规则 排列的针状铁素体和渗碳体加珠光体组织。
产生条件：
Wc小于0.6%的亚共析钢、Wc大于 1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的 空冷，焊缝或热影响区空冷或加热温度过 高并以较快的冷却速度冷却。
形成机制：
按切变机构形成，与贝氏体中铁素体形成 机理相似。有浮凸、惯习面{111}γ、位向关 系（K-S关系：（111）γ//（110）α， [110]γ//[111]α，）、切变共格。
②残余内应力：组织应力和热应力；会造 成变形和开裂； ③马氏体中存在着高密度的位错等亚结构， 使系统处于热力学不稳定状态；
通过回火： ①得到强、硬度，塑、韧性的合理配合； ②消除了内应力； ③稳定组织、稳定尺寸；
一、淬火钢的回火转变及组织
（一） 马氏体中碳原子的偏聚：
电阻率上升
在80－100℃的较低回火温度下产生；
－６６和９－６７所示。
18
从9－66图可知：随回火温度升高，马氏体中的 含碳量下降，正方度下降；回火时间也同样；从9－ 67可知：回火时间为２小时最合适。
组织：
高碳Ｍ（350 ℃ ）→ （α ＋ε） 即马氏体分 解得到低碳α相和ε碳化 物的复相组织称为回火 马氏体（Ｍ′），
其金相形态仍保持原马 氏体的形态，不同的是 易于被腐蚀，呈黑色针 状，如图９－６８所示。
魏氏组织的形成与钢中的含碳量（低）、奥氏体 的晶粒大小（粗）及冷却速度（较快）有关。
魏氏组织的性能： 过热缺陷组织，
机械性能下降，尤其是冲击韧性、塑性降 低、脆性转化温度升高。
重要工件要进行评定，YB31-64。 防止方法： 细化晶粒（调质、正火、退火、等温淬火）
七、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（ＣＣ Ｔ曲线）及其应用
14
§９－４ 钢在回火时的转变
淬火：
回火：将淬火钢加热到低于临界点Ａ１的 某一温度，保温以后以适当的方式冷却（空 冷）到室温的一种热处理工艺过程。
回火的目的：韧化；
原因：淬火组织：马氏体＋残余奥氏体；
①马氏体、残余奥氏体是一种亚稳相，是不 稳定的，要向稳定的状态（铁素体＋渗碳体） 进行转化，造成比容变化，伴随体积变化， 尺寸不稳定；
１、高碳的片状马氏体：回火温度大于100 ℃， 马氏体开始分解，从过饱和的α固溶体中析出了ε
－碳化物（Fe2.4C，密排六方晶格），呈薄片状， 与基体保持共格；
随回火温度逐渐升高（大于150 ℃ ），碳化
物逐渐长大，使马氏体中碳含量降低，正方度ｃ/
ａ减小；300～350 ℃，ｃ/ａ→１，马氏体的含
碳量约为0.25％Ｃ，马氏体的分解结束；如图９
共析钢、过共析钢的连冷曲线无贝氏体区 （原因：奥氏体中的含碳量高使得贝氏体转 变的孕育期很大）
共析钢的CCT 曲线较TTT曲线靠右，合金钢 也类似。
Ｖｃ”=1.5Ｖｃ
（四） 连续冷却转变曲线的应用 １、从ＣＣＴ曲线上获得钢真实的
临界淬火冷速Ｖｃ， ２、是制定钢正确的冷却规范的依据， ３、可以估算淬火以后钢的组织与性能。
（四）碳化物的转变
马氏体分解和残余奥氏体分解形成的ε 碳化物，是亚稳相，当回火温度升高到250 －400℃时，ε要向更稳定的碳化物进行转变。 碳钢中比ε碳化物稳定的碳化物有： X－Fe5C2(单斜晶格)；θ－Fe3C（渗碳体）。 碳化物的转变主要取决于回火温度、回火时 间，如图９－７２所示：