钢的相变
45钢临界相变点
45钢临界相变点
"45钢" 通常是指一种碳含量为0.45%的碳钢。
"临界相变点" 则是指在加热或冷却的过程中，材料发生晶体结构或组织结构的变化的特定温度。
在钢的上升温度过程中，存在一些重要的相变点，其中最著名的是"A1点"和"A3点"。
这些点表示了钢的不同组织状态的转变。
1.A1点（Ac1点）：是钢在升温过程中由铁素体（ferrite）相变为奥氏体（austenite）的温度。
在这个温度以下，钢的晶体结构主要是铁素体。
2.A3点（Ac3点）：是钢在升温过程中由奥氏体相变为奥氏体+铁素体的温度。
在这个温度以下，钢的晶体结构主要是奥氏体。
对于0.45%碳钢，临界相变点通常在这两个温度之间，因为在这个碳含量下，钢的组织转变比较复杂，涉及到铁素体、奥氏体以及一些其他相的变化。
需要注意的是，确切的临界相变点取决于具体的合金成分和热处理条件。
因此，对于特定的45钢，要了解其精确的临界相变点，需要查阅相关的热处理图表或物性数据表。
钢铁材料的相变行为
钢铁材料的相变行为引言：钢铁是一种被广泛应用于建筑和制造领域的重要材料，其卓越的力学性能和耐久性使得它成为现代社会中不可或缺的材料之一。
然而，要理解钢铁的性质和特点，就需要对其相变行为进行深入研究。
本文将探讨钢铁材料的相变过程及其在材料性能中的影响。
1. 钢铁的晶体结构钢铁的基本成分是铁和碳，它们以及其他合金元素共同影响了钢铁的晶体结构。
在常温和正常压力下，钢铁处于体心立方(fcc)或面心立方(hcp)的晶格结构中。
具体而言，α-铁是一种体心立方结构，而γ-铁是一种面心立方结构。
2. 钢铁的相变过程钢铁的相变过程通常包括固态相变和液态相变两个阶段。
固态相变主要发生在加热或冷却过程中，而液态相变则发生在熔化和凝固的过程中。
2.1 固态相变随着温度升高，钢铁中的碳原子会从体心立方(fcc)结构到面心立方(hcp)结构的相变，这个过程被称为渗碳相变。
在渗碳相变过程中，钢铁的晶格结构会发生变化，从而影响了材料的性能，如硬度、韧性和变形能力。
2.2 液态相变当钢铁加热至一定温度，其会熔化成液态，这个过程被称为熔化相变。
相较于固态相变，熔化相变对钢铁的性质影响较小，主要体现在液态阶段的流动性和热导性上。
在冷却过程中，液态钢铁会再次凝固形成固态，并在此过程中经历凝固相变。
3. 相变对钢铁性能的影响钢铁的相变行为对其力学性能和热处理特性有着重要的影响。
3.1 力学性能在渗碳相变过程中，钢铁的晶体结构变得更加致密和有序，从而提高了钢铁的硬度和抗拉强度。
此外，相变还能改善钢铁的韧性和可塑性，使其具备更好的变形能力和抗冲击性。
因此，了解相变过程对钢铁性能的影响，有助于提高钢铁制品的质量和性能。
3.2 热处理特性钢铁的相变行为也影响着其热处理过程。
通过加热和冷却过程中的相变实现对钢铁材料的处理和调控。
例如，通过控制温度和冷却速率，可以使钢铁材料经历不同的相变过程，如奥氏体相变和贝氏体相变，从而调节钢铁的硬度和组织结构。
钢的相变点的测定
五、数据处理及要求： 1、将所得热分析曲线，用origin软件画出并粘贴在 实验报告纸上； 2、在热分析曲线上确定热效应发生的温度范围，并 解释其产生的原因。 3、解释热分析曲线上升降温过程中相变温度变化的 原因。
T8钢相变点的测定
一、实验目的
1、用DSC-TG综合热分析仪对T8钢进行热分析，测 定T8钢的相变点，并定性解释所得的热分析曲线；
2、掌握热分析基本原理，了解定性分析处理的基本 方法； 3、了解DSC-TG综合热分析仪的构造及使用方法。
二、实验原理：
1．概述：热分析是在温度程序控制下测量物质的物 理性质与温度关系的一类技术。常用的单一的热 分析方法主要有：差热分析DTA)、示差扫描量热 法(DSC)、热重分析(TG)和体积热分析等测定物质 在热处理过程中的能量、质量和体积变化的分析 方法。综合热分析，就是在相同的热处理条件下 利用由多个单一的热分析仪组合在一起而构成的 综合热分析仪，对实验材料同时实现多种热分析 的方法。
差示扫描量热分析（简称DSC）是一种 热分析方法，可用于鉴别物质并考察物质组 成结构以及物质在一定的温度条件下的转化 温度、热效应等物理化学性质，它广泛地应 用于许多科研领域及生产部门。
许多物质在加热或冷却过程中，当达到某一 温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分 解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴 随有焓的改变，因而产生热效应，其表现为该物 质与参比物之间产生能量差，DSC分析就是通过 测定能量差来鉴别物质，确定其结构、组成或测 定其转化温度、热效应等物理化学性质。 在测定之前，先要选择一种热中性物质作为 参比物，该物质在温度变化的整个过程中不发生 任何物理化学变化，不产生任何热效应。
在实际测定中，由于样品与参比物间往往存 在着比热、导热系数、粒度、装填疏密度等方面 的差异，再加上样品在测定过程中可能发生收缩 或膨胀、热分析曲线就会产生漂移，其基线不再 平行于时间轴，峰的前后基线也不在一条直线上， 热焓峰可能比较平坦，使b、c、d三个转折点不明 显，这时可以通过作切线的方法来确定转折点， 进而确定峰的面积。
20钢的相变温度
20钢的相变温度20钢的相变温度指的是一种特定的合金钢，在某一温度下会经历相变的过程。
相变是物质由一种状态转变为另一种状态的过程，常见的相变包括固态到液态的熔化和液态到固态的凝固。
对于20钢来说，其相变温度是指固态到液态的熔化温度。
20钢是一种合金钢，主要由铁和一定比例的碳以及其他合金元素组成。
合金元素的添加可以改变钢的性能，使其具有更好的强度、硬度和耐腐蚀性。
20钢常用于制造机械零件、汽车零部件和建筑结构等领域。
当20钢受热到相变温度时，其结构会发生变化，由固态转变为液态。
这是因为在相变温度下，材料的内部结构发生了改变，原子或分子之间的排列方式发生了变化，从而导致了物质的性质的改变。
相变温度的确定是通过实验和观察得出的。
科学家们通过对20钢进行加热，并通过测量温度和观察钢的形态变化来确定相变温度。
一般来说，相变温度是一个范围，而不是一个确定的数值。
这是因为相变温度受到多种因素的影响，包括合金元素的种类和含量、加热速率等。
20钢的相变温度对于钢的使用和加工具有重要意义。
在加热和冷却过程中，相变温度是一个关键参数，可以帮助控制钢的性能和结构。
在制造过程中，了解相变温度可以帮助工程师选择适当的加热和冷却工艺，以达到所需的性能要求。
相变温度还影响着钢的热处理过程。
热处理是一种通过加热和冷却来改变钢的结构和性能的方法。
通过控制相变温度，可以实现钢的淬火、回火等热处理过程，从而使钢具有更好的硬度、强度和韧性。
在实际应用中，了解20钢的相变温度也有助于预测和控制钢的性能变化。
例如，如果20钢的相变温度较低，那么在高温环境下使用时可能会出现脆性断裂的风险。
因此，在设计和使用20钢制品时，需要考虑相变温度对材料性能的影响，并采取相应的措施来保证材料的安全可靠性。
20钢的相变温度是钢材重要的物理性质之一，它对钢的性能、加工和应用都具有重要影响。
了解和控制相变温度可以帮助我们更好地理解和利用钢材的特性，从而提高钢材的质量和使用性能。
钢中的相变
相对活度系数：碳在合金与非合金铁中活度系数的比
值
即 fc = ai M / ai =ri M/ ri
※表征合金元素在铁碳合金中对碳活度的影响
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
非碳化物形成元素使 fc> 1，提高其活动性， 增加碳在基体中的活度， 使C从固溶体中析出的倾 向增加。
碳化物形成元素使fc< 1，降低其活动性，降低 碳在基体中的活度，使C 难于从固溶体中析出。
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
§3.2 合金元素对钢加热转变的影响
• 钢加热过程中相变是什么？涉及哪些具体转 变？
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
奥氏体的形成
奥氏体形成过程
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
二、合金元素对A形成速度的影响
合金元素的加入，改变了钢A形成温度A1，A3和Acm 及相变点的位置，从而影响了A形成速度；
A的形成速度取决于奥氏体的形核和长大，这都和C的 扩散有关，合金元素的加入改变了碳的扩散速度，所 以影响了A的形成速度.
(1)Co,Ni 提高C的扩散，增大A形成速度； (2)Si,Al,Mn影响不大； (3)碳化物形成元素Cr，Mo，W，Ti，V等阻碍碳的扩散，
阻碍A形成
第三章 合金钢中的相变 材料学—西安理工大学材料学院
三、合金元素对碳化物溶解的影响
➢ 1、与碳钢相比，合金钢中碳化物溶解的特点：
➢ 1）奥氏体化时间：合金元素扩散速度较C的扩散速 度慢的多，只是碳扩散的千分之几或万分之几。合金 钢中，当F全部转变为A后，还有相当一部分碳化物 被保留下来，为了增强A的合金化程度，充分发挥合 金元素的作用，应使残余碳化物充分溶解到A中。所 以合金钢奥氏体化时间较长。这就是合金钢在生产中 加热保温时间较长的原因。
1.4合金钢的相变
半扩散型 （只有C 扩散）
4、非共析成分碳钢的等温转变 非共析钢的C曲线与共析钢的C曲线不同。区别在 于：亚共析钢曲线左移，在其上方多了一条过冷奥氏体
转变为铁素体
的转变开始线； 过共析钢曲 线右移，在其上 方多了一条过冷
奥氏体析出二次
渗碳体的开始线。
亚共析钢的等温转变图
22
5、共析钢的连续冷却转变 C曲线（TTT图）
马氏体而不发生其它转变的最小冷却速度，即临界淬火 速度。
24
合金元素对过冷奥氏体转变的影响概述
合金元素对过冷奥氏体转变的影响集中表现在恒温转
变曲线上。
强和中强碳化物形成 元素的影响
1） Ti、V、Nb、W、Mo等元 素显著推迟珠光体转变，推 迟贝氏体转变较少； 2） 升高珠光体转变温度范 围，降低贝氏体转变温度范
12
2、合金元素对碳化物溶解的影响 A、强碳化物形成元素（Ti、Zr、Nb、 V）提高碳化物的溶解温度，减慢碳化物 的溶解 B、弱碳化物形成元素（Mn、Fe）可加 速碳化物的溶解。
3、合金元素对γ相中元素均匀化的影响
合金元素扩散慢，影响γ相的均匀性。用 提高淬火温度或延长保温时间的方式改 善γ相的均匀性。 4.合金元素对溶质元素的晶界偏聚的影 响 合金元素易产生晶界偏聚，延缓奥氏形 成过程。
9
4）奥氏体均匀化： 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的 成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩 散才能获得均匀化的奥氏体。 亚共析钢的加热过程：
F P F A A
AC1 AC3
过共析钢的加热过程：
P Fe3CⅡ A Fe3CⅡ A
AC1 ACcm
结构： 体心立方 （复杂斜方）正交晶格 面心立方
056钢的相变点
课程：工程材料基础 主讲人： 黄丽娟
教学目标
掌握钢的相变点的含义。
钢的相变点
钢的相变点：金属材料在加热或 冷却过程中，发生相变的温度称 为相变点或临界点。
铁碳合金相图中A1（PSK)、A3(GS)、 Acm(ES)是平衡条件下的相变点。
钢的相变点
由于钢在实际加热或冷却时存在着过 冷或过热现象。 实际加热相变点：钢加热时的实际转变 温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;
实际冷却相变点：冷却时的实际转变温 度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。
钢的相Байду номын сангаас点
由于加热冷却速度直接影响转变温度， 因此一般手册中的数据是以3050℃/h 的速度加热或冷却时测得的。
课程小结
1、钢的相变点指的是刚在加热和冷却过程中发生 相变的温度。 2、钢的实际加热在临界点以上进行，实际冷却在 临界点以下进行。
作业布置
作业
1、什么是钢的相变点？
2、钢的实际加热和冷却的临界点温度分别用什么符号 来表示？
感谢您的观看！
42CrMo钢的贝氏体组织相变
是贝氏体形成的上限温度。该钢 *# %%& " 等温， 点为 ,$& " ， 采用 ,/& " 等温， 属于下贝氏体转变 区域， 依次进行了组织形貌的观察。 金相组织观察表明， 从 (# 到 *# 点， 不同等温 温度进行贝氏体相变， 得到不同形态的贝氏体组 织， 随着温度的降低依次得到： 无碳贝氏体!羽毛 状贝氏体!针状贝氏体。 无碳贝氏体是由粗大条片状贝氏体铁素体 ) 残留奥氏体构成的整合组织。无碳贝氏体中的铁 素体片条平行排列， 其尺寸及间距较宽， 片条间是 富碳奥氏体或其冷却过程的产物 （图 +1） ， 随着温 度的降低， 铁素体条片变薄， 但仍能贯穿整个晶粒 （图 +2） 。 羽毛状贝氏体是由板条状铁素体和条间分布 不连续碳化物所组成， 贝氏体铁素体条间的碳化 物是片状形态的细小的渗碳体。随着转变温度降 低， 板条状铁素体 （ (=） 也变薄， 位错密度提高， 碳 化物颗粒变小， 弥散度增加。
第 +% 卷第 # 期 +!!# 年 2 月
特殊钢
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X.DQ +% Q Y.Q # \;DH +!!# ・ +" ・
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3456 +
图 + 粗大无碳贝氏体形貌： （ 1）%%& " 等温 ,&& #（ ； 2）%$& " 等温 ’& # （ 1）1B#A?C9?84@5 1A %%& " =78 ,&& #； （ 2）1B#A?C9?84@5 1A %$& " =78 ’& # *789:7;75< 7= >718#? =8?? >1827@ 214@4A?：
钢的相变原理的应用
钢的相变原理的应用相变原理简介相变是物质在一定条件下发生物理或化学性质改变的过程。
钢是一种重要的金属材料，其组成主要是铁和碳，通过调整其成分和加热过程，可以使钢在不同温度下发生相变，从而获得不同性能的钢材。
相变原理在钢材的生产和应用中发挥着重要的作用。
钢的相变过程钢的相变过程包括冷却和加热两个阶段。
冷却过程1.软化退火：钢经过加热后，通过缓慢冷却，使钢材内部的晶粒长大，减少钢的硬度，提高钢的可加工性。
2.淬火：将加热后的钢材迅速冷却，使其表面形成硬质组织，内部形成机械性能相对较高的马氏体，并增加钢材的强度和硬度。
3.回火：将淬火后的钢材再次加热至一定温度，并经过恒温保持一段时间，使马氏体转变为较为稳定的组织，减少内部应力，提高钢材的韧性。
加热过程1.钢的热处理：通过加热和保温，使钢材内部发生相变，改变钢材的组织结构和性能。
钢的热处理包括退火、正火、淬硬和回火等过程，根据不同的要求，选择不同的处理方式。
钢的相变原理的应用钢的相变原理广泛应用于以下领域：冶金工业1.钢材生产：通过相变原理对钢进行调质，可以获得不同性能的钢材，满足不同领域的需求，如建筑、航空航天、船舶等领域。
2.铸造：在铸造过程中，通过相变控制钢的凝固组织，可以获得杂质少、晶粒细小的高质量钢材。
机械制造1.零件加工：通过钢的相变原理，对钢的硬度和韧性进行调控，可以生产出适用于不同工况的机械零件。
2.刀具制造：钢经过淬硬和回火处理后，可以获得较高硬度和耐磨性能，用于制造各类刀具。
建筑工程1.建筑结构：通过相变控制钢材的性能，可以合理设计和选择钢结构，增加建筑的承载能力和安全性。
2.防火材料：通过相变控制钢材的燃烧特性，研发出具有较好防火性能的材料，提高建筑的火灾安全性。
能源行业1.发电设备：通过相变原理对钢材进行处理，提高其耐热性能，使其适用于高温工作环境。
2.输电装置：通过对钢材进行相变处理，增加其导电性能和机械强度，提高输电装置的效率和安全性。
钢的相变-PPT精品
过共析钢 0.77﹤C%﹤2.1
1
伪共析钢
加热时临界点加注c ： Ac1 Ac3 Accm
冷却时临界点加注r ： Ar1 Ar3 Arcm
以0.125℃/min加热和冷却时， Fe-C相图中临界点的移动
2020/5/29
钢中典型的相变可归类为：
➢ 1、加热过程中的奥氏体转变； ➢ 2、冷却过程中的珠光体、贝氏体及马氏体转变； ➢ 3、发生马氏体转变后的再加热(回火)转变。
P
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共析钢
C%=0.77
先共析相的析出温度和成分范围 ：
亚共析钢 0.0218﹤C%﹤0.77
在 A3 、 Acm 线 以 下 先 形成铁素体或渗碳体。
到 达 A1 线 发 生 珠 光 体 相变。
伪共析转变
随冷速加快，将出现伪 共析组织，且珠光体量增 多，而先共析量减少。
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（1）转变温度与保温时间 （2）加热速度 （3）钢的原始组织状态 （4）钢的化学成分
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（1）转变温度与保温时间
转变温度高，过热度大，促进奥 氏体转变。
形成温度升高，N的增长速率高 于G的增长速率，N/G增大，可获 得细小的起始晶粒度（加热温度 升高时，保温时间应相应缩短）。
形成温度升高，Gγ→α/Gγ→C 增 大，铁素体消失时，剩余渗碳体 量增大，形成奥氏体的平均碳含 量降低。
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2、奥氏体的长大
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相界面上的碳浓度及扩散
∵Gγ→α﹥Gγ→C ∴铁素体先消失，而渗碳体有剩余
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奥氏体形成的四个阶段
珠光体向奥氏体转变动力学曲线
1、奥氏体转变开始线 (以0.5%奥氏体转变量表示) 2、奥氏体转变完成线 (以99.5%奥氏体转变量表示) 3、碳化物完全溶解线 4、奥氏体中碳浓度梯度消失线
钢的相变温度
（1）Ac1 钢加热时，开始形成奥氏体的温度。
（2）Ac3 亚共析钢加热时，所有铁素体都转变为奥氏体的温度。
（3）Ac4 低碳亚共析钢加热时，奥氏体开始转变为δ相的温度。
（4）Accm 过共析钢加热时，所有渗碳体和碳化物完全溶入奥氏体的温度。
（5）Arl 钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度。
（6）Ar3 亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。
（7）Ar4 钢在高温形成的δ（铁素体区）相在冷却时，开始转变为奥氏体的温度。
（8）Arcm 过共析钢高温完全奥氏体化后冷却时，渗碳体或碳化物开始析出的温度。
（9）A1 也写做Ae1，是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度，也就是一般所说的下临界点。
（10）A3 也写做Ae3，是亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度，也就是说亚共析钢的上临界点。
（11）A4 也写做Ae4，是在平衡状态下，δ相和奥氏体共存的最低温度。
（12）Acm 也写做Aecm，是过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度，也就是过共析钢的上临界点。
（13）Mb 马氏体爆发形成温度，以Mb表示（Mb≤ MS）。
当奥氏体过冷至MS 点以下时，瞬间爆发式形成大量马氏体，并伴有响声，同时释放相变潜热，使温度回升。
（14）Md 马氏体机械强化稳定化临界温度。
（15）MＦ马氏体相变强化临界温度。
（16）Mf 有的文献以Mf表示奥氏体转变为马氏体的终了温度。
（17）MG 奥氏体发生热稳定化的一个临界温度。
（18）MS 钢奥氏体化后冷却时，其中奥氏体开始转变为马氏体的温度，符号中的“S”是“始”字汉语拼音第一个字母，也就是俄文书籍中的MH和英文书籍中的MS。
（19）MＺ奥氏体转变为马氏体的终了温度，符号中的“Z”是“终”字的汉语拼音第一个字母，也就是俄文书籍中的MＫ和英文书籍中的Mf。
注：AC1、AC3、AC4和ACCｍ随加热速度而定，加热越快，其越高；Ar1、Ar3、A r4和Arcm则随冷却速度的加快而降低，当冷却速度超过一定值（临界冷却速度）时，它们将完全消失。
钢的固态相变
λν0
exp(
−∆G kT
V
)(1 −
exp(
−V∆G kT
V
))
从上式中可看出，当过冷度较小时，长大速度随过冷度的增大而增加；
到达某一极限值后，长大速度又随着过冷度的增大而降低。
当新相的形成有成分变化时，由于新相的成分与母相不同，在母相内存在
着浓度差。新相的长大过程需要原子由远离相界的地区扩散到相界处，或者由
6
变。
1、转变的现象
如果把共析成分的单相奥氏体试样迅速放入温度在 727～550℃间的某一
温度下介质中，随着时间的延长珠光体转变开始进行，如果测定转变量与时间
的关系，可以得到如图所示的一条分解曲线。分解曲线表明，珠光体
的分解过程包括一个转变的孕育
期，一个转变的加速阶段以及一 100
的形成速度。
对于扩散型相变，新相的长大时界面的移动依靠原子的扩散来进行。这时
长大的速度与过冷度、原子的扩散系数等有关。
当新相的形成没有成分的变化时，新相的长大是由原子的短程扩散来控制
的，即母相的原子跨越相界扩散到新相上去，这时新相的长大速度与纯金属结
晶时的长大速度规律相似，长大速度的表达式可为：
V
=
固态相变时，母相中的各种晶体缺陷，如晶界、相界、位错等对相变有着 比较明显的促进作用。因为在缺陷周围晶格畸变，具有较高的能量，在这些区 域形核比较容易，因而可以促进新相的形成。 4、固态相变过程中会出现较稳定的过渡相
过渡相是一种亚稳定相，其成分和结构往往界于母相和新相之间。由于固 态相变阻力大，转变温度比较低，原子扩散困难，新相与母相成分相差较大时， 难以形成稳定相。相变的进行过程中，先形成一种协调性的中间转变产物（过 渡相），然后在进一步转变成为稳定相。当温度等条件较差时，形成的过渡相 可以具有较好的稳定相而保留下来。 四、固态相变的类型
钢的热处理原理
钢的热处理原理钢是一种重要的金属材料，广泛应用于机械制造、建筑工程、汽车制造等领域。
而钢的性能很大程度上取决于其热处理过程。
热处理是通过加热和冷却来改变钢的组织结构和性能的工艺过程。
下面将介绍钢的热处理原理。
首先，钢的热处理包括退火、正火、淬火和回火四个基本工艺。
退火是将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温，目的是消除残余应力和改善加工硬化组织。
正火是将钢加热到一定温度，然后在空气中冷却，以提高钢的硬度和强度。
淬火是将钢加热到临界温度以上，然后迅速冷却到介质中，以获得马氏体组织，提高钢的硬度。
回火是在淬火后，将钢加热到较低的温度，然后冷却，以降低硬度和提高韧性。
其次，钢的热处理原理是基于固溶、析出和相变的原理。
在加热过程中，钢中的合金元素和碳元素会溶解在钢基体中，形成固溶体。
在冷却过程中，这些元素会析出，形成新的组织结构。
同时，钢的相变也会发生，如奥氏体转变为马氏体，从而改变钢的硬度和强度。
另外，钢的热处理过程中需要控制加热温度、保温时间和冷却速度。
加热温度应该根据钢的成分和要求的性能来确定，一般应该高于临界温度。
保温时间则是保证合金元素和碳元素充分溶解和扩散的时间。
冷却速度则决定了钢的组织结构和性能，快速冷却可以得到马氏体组织，从而提高硬度。
最后，钢的热处理还需要考虑材料的预处理和后处理。
预处理包括去除表面氧化层、清洁和退火，以保证热处理的效果。
后处理则包括除去淬火和回火产生的残余应力、调质和表面处理，以提高钢的综合性能。
综上所述，钢的热处理原理是基于固溶、析出和相变的原理，通过控制加热温度、保温时间和冷却速度来改变钢的组织结构和性能。
热处理是钢材加工中不可或缺的一部分，对于提高钢的硬度、强度和韧性起着至关重要的作用。
因此，在实际生产中，需要根据具体要求合理选择热处理工艺，以确保钢材具有优良的性能。
钢的相变
珠光体 P
索氏体 S 屈氏体 T
Ar1 ~ 650
650 ~ 600 600 ~ 550
500 ~ 700
300 ~ 400 100 ~ 200
片状珠光体
(a)
(b)
3、 球状珠光体
温度高，渗碳体呈球状 温度低，渗碳体呈粒状
力学性能： 渗碳体的体积分布越大，直径越小，
伪共析钢
以0.125℃/min加热和冷却时， Fe-C相图中临界点的移动
加热时临界点加注c ： Ac1 Ac3 Accm
冷却时临界点加注r ： Ar1 Ar3 Arcm
钢中典型的相变可归类为：
1、加热过程中的奥氏体转变； 2、冷却过程中的珠光体、贝氏体及马氏体转变； 3、发生马氏体转变后的再加热(回火)转变。
钢的加热转变
第一节
重结晶 转变开始： 加热温度﹥临界温度Al 珠光体 转变结束： 亚共析钢的A3、过共析钢的Acm 碳溶解在γ-Fe中 的间隙固溶体
奥氏体
α+Fe3C两相
体心立方
特点：塑 性好！
面心立方
成分、结构均改变
在A1温度（727℃）：
α
C% 结构 0.0218 BCC
+
Fe3C
6.69 复杂斜方
体优先转变，下半部分贝氏体优先转变。
2、均存在转变孕育期 ，C-曲线顶端所对应温度下的孕育期最 短。珠光体孕育期随温度降低而缩短，而贝氏体则延长。 3、转变初期慢，中期快，后又减缓 ，转变达到50%最快。 4、珠光体的转变孕育期以共析钢的为最短。
影响C曲线的因素
（1）碳含量
低碳钢相变
体优先转变，下半部分贝氏体优先转变。
2、均存在转变孕育期 ，C-曲线顶端所对应温度下的孕育期最 短。珠光体孕育期随温度降低而缩短，而贝氏体则延长。 3、转变初期慢，中期快，后又减缓 ，转变达到50%最快。 4、珠光体的转变孕育期以共析钢的为最短。
影响C曲线的因素
（1）碳含量
碳含量增加，碳重新 分布时间延长
珠光体 平衡组织
过冷奥氏体的转变
第二节
A
过冷奥氏体
碳溶解在γ-Fe中 的间隙固溶体
高温分解转变 A1- 550 ℃
中温分解转变 550℃-220℃，
低温转变
P
珠光体（平衡态）
B
贝氏体（非平衡）
M
马氏体（非平衡）
α-Fe铁素体与渗碳体 相层片状机械混合物。 （扩散型） 结构、化学组成变化
过饱和铁素体与渗碳体 的非层片状混合物 （半扩散型） 结构、化学组成变化 C 原子可扩散， Fe原子不能扩散。
等温温度-时间-奥氏体化图， 简称TTA(Temprature—Time—Austenitization) 连续加热\等温形加热成的奥氏体形成动力学基本类似！ 一般加热速度越快，过热度越大奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大 速度越快，碳化物的溶解速度亦相应加快。
3、奥氏体长大、转变的影响因素
（1）转变温度与保温时间
层片状珠光体示意图 形成温度(℃) 片层间距 (nm)
珠光体 P
索氏体 S 屈氏体 T
Ar1 ~ 650
650 ~ 600 600 ~ 550
500 ~ 700
300 ~ 400 100 ~ 200
片状珠光体
(a)
(b)
3、 球状珠光碳体呈粒状
45钢正火后的金相组织
45钢正火后的金相组织一、45钢正火后的金相组织形成机制正火是一种常用的金相试验方法，通过控制加热和冷却过程，使材料达到平衡态的金相组织。
45钢在正火过程中，经过加热到适当温度，保温一段时间，然后迅速冷却至室温。
这个过程中，钢材经历了相变和组织转变。
在45钢正火过程中，首先是相变的发生。
由于45钢含有一定的碳元素，加热过程中，钢中的碳会溶解在铁晶格中，形成固溶体。
当达到一定温度时，钢中的固溶体会发生相变，形成新的相。
随着温度的升高，固溶体中的碳原子逐渐聚集形成铁素体。
铁素体是一种稳定的相，具有良好的机械性能。
其次是组织转变的发生。
在45钢正火过程中，加热时钢中的晶粒逐渐长大，形成粗大的晶粒。
这是因为加热时晶界的移动和晶粒的长大是互相促进的。
当达到保温温度时，晶粒停止生长，形成了平衡态的晶粒尺寸。
最后是冷却过程。
在正火过程中，为了使材料的金相组织达到平衡态，需要迅速冷却至室温。
迅速冷却可以使材料中的相变过程得到抑制，从而保持金相组织的稳定性。
正火后的45钢金相组织主要由铁素体组成。
铁素体是一种纯净的金相组织，具有良好的塑性和韧性。
正火后的45钢晶粒较大，晶界相对清晰，晶内无夹杂物。
这种组织形态使得45钢具有较好的加工性能和机械性能。
三、45钢正火后的金相组织对材料性能的影响1. 机械性能：正火后的45钢具有较好的机械性能，如强度、韧性和硬度等。
铁素体的存在使得材料具有较高的塑性和韧性，能够在受力时延展和吸收能量，从而提高材料的抗拉强度和冲击韧性。
2. 加工性能：正火后的45钢晶粒较大，晶界相对清晰，这种组织形态使得材料具有良好的加工性能。
45钢可以进行各种加工工艺，如冷加工、热加工和焊接等，从而满足不同工程结构的要求。
3. 耐蚀性：正火后的45钢金相组织中，铁素体是一种稳定的相，具有较好的耐蚀性。
45钢可以在一定的环境中长期使用，不易受到腐蚀和氧化的影响。
四、总结45钢正火后的金相组织主要由铁素体组成，具有较好的机械性能和加工性能。
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γ
2.11 FCC
奥氏体的形成为形核长大型、扩散型相变
一、 奥氏体形成的热力学条件
奥氏体
珠光体
相变必须在一定的过热
度∆T下，使得∆GV<0，才能
得到∆G<0。所以相变必须 在高于A1的某一温度下才能 发生，奥氏体才能开始形 核。
自由能和温度关系图
相变驱动力： V∆Gv ，新旧相间自由能差
二、
珠光体转变
第三节
珠光体转变——奥氏体的高温分解转变
转变温度：A1- 550 ℃ 相变类型：扩散型固态平衡相变（铁、碳均可扩散迁移）
同样要经历形核与长大过程
珠光体：α-Fe铁素体与渗碳体相层片状机械混合物。 γ(0.77%C) → α(0.0218%C) + Fe3C(6.69%C)
(面心立方)
(体心立方)
碳在α-Fe中 的过饱和固溶体 （非扩散型） 只结构发生变化
Fe、C原子均可扩散
Fe、C原子均不发生扩散
奥氏体的冷却方式：
1）连续冷却
“奥氏体等温连续曲线”
P226 图9.13
2）等温冷却
“奥氏体等温转变曲线”
一、过冷奥氏体的等温转变
过冷奥氏体等温转变动力学图 (TTT曲线;C曲线;IT曲线) 孕育期
（3）钢的原始组织状态
原始组织越细，晶体缺陷越多，奥氏体转变过程越快。 片状珠光体快于粒状珠光体。 平衡组织与非平衡组织 平衡组织（珠光体）→ 球团状奥氏体 → 晶粒细小 非平衡组织（马、贝、魏）→ “组织遗传”易生成针状奥氏体 与母相保持一定 晶体学取向关系
→奥氏体晶粒粗大
在快速(>100℃/s)或很慢速度 (<50℃/min)加热两种速度之间的较快 速加热不仅可以抑制组织遗传现象发生，如果反复进行这种处理，可 以得到超细化的奥氏体晶粒。
奥氏体的形成机理
奥氏体的形成过程可分成四个阶段： （1）奥氏体的形核 （2）奥氏体的长大 （3）渗碳体的溶解 （4）奥氏体的均匀化
1、 奥氏体的形核-----形核位置
鉴于相变对成分、结构以及能量的要求，晶核将在α/Fe3C相界面上 优先形成，这是由于： ①相界面形核，可以消除部分晶体缺陷而使体系的自由能降低，有 利于相变对能量的要求。 ②相界面两边的碳浓度差大，较易获得与新相奥氏体相适配的碳浓 度，况且碳原子沿界面扩散较晶内为快，从而加速了奥氏体的形核。 ③相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起伏，从而由BCC改
钢的相变
第十四章
铁碳合金相图
平衡相图:
HJB 包晶线
L＋δ→γ ECD 共晶线
L→γ＋Fe3C（渗碳体）
PSK 共析线 γ→α＋Fe3C
Fe的同素异构相转变：
1394℃ 912℃ δ－Fe（体心立方） ——γ－Fe（面心立方） ——α－Fe（体心立方）
构成铁碳相图的基本相：
F
1）铁素体（α） ：碳溶于体心立方α- Fe中所形成的间隙固溶体 （C%﹤0.0218)
向下折
向上 折
亚共析钢的CCT图
过共析钢的CCT图
冷却速度在Vc ′ ～ Vc之间 连续发生四种类型的转变，依次形成铁素体/渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体
CCT 图的特点分析：
①产物为不均匀的混合组织：连续冷却过程是在一个温度范围内发生组织 转变，要连续经过几个转变温度区，往往重叠出现几种转变。 ② 共析、过共析钢的CCT图上无贝氏体转变区：由于碳含量较高，使贝氏 体相变需要扩散更多的碳原子，转变速度太慢，从而在连续冷却条件下， 转变难以实现。 ③ CCT曲线位于C曲线的右下方 连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。 ④ MS 线发生曲折 有部分贝氏体相变时，贝氏体铁素体先析出，提高了A中的碳含量，MS↓， 向下曲折。 有部分珠光体相变时，渗碳体是领先相，使A的C%↓，MS↑，向上曲折。
钢的强度、硬度大，塑性差；
渗碳体的体积分布越少，直径越大， 钢的强度、塑性越好。 球状珠光体
小结:
珠光体: α-Fe铁素体与渗碳体相层片状机械混合物。 珠光体转变：扩散型固态平衡相变
形成条件 力学特性
片状珠光体
过冷奥氏体处于完全奥氏体化 的状态，为均匀的单相γ －F固溶体
层间距↓强度↑ 晶团直径↓强度↑塑性↑
体优先转变，下半部分贝氏体优先转变。
2、均存在转变孕育期 ，C-曲线顶端所对应温度下的孕育期最 短。珠光体孕育期随温度降低而缩短，而贝氏体则延长。 3、转变初期慢，中期快，后又减缓 ，转变达到50%最快。 4、珠光体的转变孕育期以共析钢的为最短。
影响C曲线的因素
（1）碳含量
碳含量增加，碳重新 分布时间延长
珠光体 平衡组织
过冷奥氏体的转变
第二节
A
过冷奥氏体
碳溶解在γ-Fe中 的间隙固溶体
高温分解转变 A1- 550 ℃
中温分解转变 550℃-220℃，
低温转变
P
珠光体（平衡态）
B
贝氏体（非平衡）
M
马氏体（非平衡）
α-Fe铁素体与渗碳体 相层片状机械混合物。 （扩散型） 结构、化学组成变化
过饱和铁素体与渗碳体 的非层片状混合物 （半扩散型） 结构、化学组成变化 C 原子可扩散， Fe原子不能扩散。
（2）加热速度
（3）钢的原始组织状态 （4）钢的化学成分
（1）转变温度与保温时间
转变温度高，过热度大，促进奥 氏体转变。 形成温度升高，N的增长速率高 于G的增长速率，N/G增大，可获 得细小的起始晶粒度（加热温度 升高时，保温时间应相应缩短）。
形 成 温 度 升 高 ， Gγ→α/Gγ→C 增大，铁素体消失时，剩余渗碳 体量增大，形成奥氏体的平均碳 含量降低。
2、 片状珠光体
珠光体形成时的领先相： 从热力学上讲，铁素体与渗碳体都可能成为领先相。
共析与过共析钢中，渗碳体为领先相。
亚共析钢中，铁素体为领先相。
Cγ-α Cγ-k
珠光体形成时碳的扩散
原奥氏体晶界
珠光体团
形核 + 横向长大 + 纵向长大
片状珠光体的力学性能： 片层间距愈小：强度、硬度愈高 晶团直径减小：强度、塑性都提高
组成FCC。
2、奥氏体的长大
相界面上的碳浓度及扩散
∵Gγ→α﹥Gγ→C ∴铁素体先消失，而渗碳体有剩余
奥氏体形成的四个阶段
珠光体向奥氏体转变动力学曲线
1、奥氏体转变开始线 (以0.5%奥氏体转变量表示) 2、奥氏体转变完成线 (以99.5%奥氏体转变量表示) 3、碳化物完全溶解线 4、奥氏体中碳浓度梯度消失线
层片状珠光体示意图 形成温度(℃) 片层间距 (nm)珠Leabharlann 体 P索氏体 S 屈氏体 T
Ar1 ~ 650
650 ~ 600 600 ~ 550
500 ~ 700
300 ~ 400 100 ~ 200
片状珠光体
(a)
(b)
3、 球状珠光体
温度高，渗碳体呈球状 温度低，渗碳体呈粒状
力学性能： 渗碳体的体积分布越大，直径越小，
P
共析钢 C%=0.77
先共析相的析出温度和成分范围 ：
亚共析钢 0.0218﹤C%﹤0.77
在A3 、Acm线以下先形
过共析钢 0.77﹤C%﹤2.11
成铁素体或渗碳体。
到 达 A1 线 发 生 珠 光 体
相变。
伪共析转变
随冷速加快，将出现 伪共析组织，且珠光体量 增多，而先共析量减少。
孕育期 转变开始
转变开始线与纵坐标轴之 间的距离，表示在各不同 温度下过冷奥氏体等温分 解所需的准备时间。 鼻 子 ----C 曲 线 上 转 变 开始线的突出部，孕育期 最短的部位。
共析钢
鼻子
转变终了
过冷度对相变驱动力和 原子扩散的作用相矛盾 而导致C曲线！
TTT 图的特点分析：
1、珠光体的与贝氏体的转变曲线部分重叠，在上半部分，珠光
（3）加热条件
奥氏体化温度越高，保温时 间越长，则形成的奥氏体晶 粒越粗大，成分也越均匀， 同时也有利于难溶碳化物的 溶解。所有这些都降低奥氏 体分解时的形核率，增加奥 氏体的稳定性，使C曲线右移。 （4）塑性形变
合金元素对C曲线位置及形状的影响
二、 过冷奥氏体连续冷却转变图
CCT 曲线 Continuous Cooling Transformation 共析钢
(复杂斜方)
1、珠光体的组织形态
（1）片状珠光体
转变条件：片状珠光体的形成条件是，过冷奥氏体是处于被完
全奥氏体化的状态，即为均匀的单相γ—固溶体。
（2）球状珠光体
铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体。 转变条件： 球(粒)状珠光体的形成，通常是在共析及过共析钢的非 完全奥氏体化状态，即在奥氏体中尚存未完全溶解的细小渗碳体(或 碳化物)的质点条件下进行。
A
2）奥氏体（γ） ：碳溶于面心立方γ- Fe中所形成的间隙固溶体
（0.0218 ﹤ C%﹤2.11)
3）高温铁素体（δ） ：碳溶于体心立方δ- Fe中所形成的间隙固溶体 4) 渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的间隙化合物，正交晶系
C
5）珠光体（α+Fe3C） ：铁素体和渗碳体形成的片状机械混合物
伪共析钢
以0.125℃/min加热和冷却时， Fe-C相图中临界点的移动
加热时临界点加注c ： Ac1 Ac3 Accm
冷却时临界点加注r ： Ar1 Ar3 Arcm
钢中典型的相变可归类为：
1、加热过程中的奥氏体转变； 2、冷却过程中的珠光体、贝氏体及马氏体转变； 3、发生马氏体转变后的再加热(回火)转变。