钢铁热处理

930 C

三、奥氏体化过程
以共析钢(Wc＝0.77%)为例，共析钢在室温下的组织为层片珠光体，在加热 到Ac1以上，其将转变为A，这一过程称为奥氏体化，这一过程是形核与长大 过程 。
两个过程：晶格变化；C的扩散
源自文库
1. 2. 3. 4.
在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心； 奥氏体同时消耗两相来长大；F晶格转变（BCCFCC），渗C体溶解； 随后残余渗碳体的溶解； 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分。
（4）当冷速很快，绕过C 曲线的鼻尖，奥氏体快速 冷却到 Ms以下，则发生马 氏体转变，Ms为马氏体转 变开始线，Mf为马氏体转 变终了线，两线之间为奥 氏体＋马氏体两相混合区。
Ar1
A+M
三、过冷奥氏体的转变产物及性能
三类组织转变区
珠光体型转变区 贝氏体型转变区 马氏体型转变区 1.珠光体型转变区 温度：Ar1－550℃ 产物（相）：F＋Fe3C 机械混合物 形貌：片层结构，Fe3C片层分布在 鉄素体基体上，类似于共析 钢的组织。随着转变温度的 降低，片间距愈细。 依据F/Fe3C的片层大小，分为： 珠光体（粗） 索氏体（细） 屈氏体（托氏体）（很细）
第六章 钢铁热处理
钢在加热时的组织转变 钢在冷却时的组织转变 钢的热处理工艺——退火、正 火、淬火、回火 钢的表面热处理及化学热处理
概 述
一、什么叫热处理
将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方式来改变其 组织结构以获得预期的性能的加工工艺。 ●普通热处理： 退火、正火、淬火、回火；
●表面热处理：表面淬火、化学热处理；
二、奥氏体的形成
根据 Fe - Fe3C 相图，钢在加热时发生向奥 氏体的转变，此转变过程称奥氏体化。
L
Fe3C
● 共析钢： P → A ●亚共析钢：P + F → A + F → A ●过共析钢：P + Fe3CⅡ→ A+ Fe3CⅡ→ A 热处理时应进行适当时间的保温。保温的目 的是使工件各部分温度一致，组织转变充分 均匀。
①碳含量：C增加，A转变加快，晶粒的长大倾向增加；
②合金元素：碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、 Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散和奥氏体晶粒生长；
第二节 钢在冷却时的组织转变
将钢加热到A区后，要通过冷却获得不同的组织结构→不同性 能→不同用途 一、冷却方式（两种方式）： 等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使 奥氏体保持在该温度下进行等温转变 TTT曲线（Temperature－Time—Transformation）： 在某一温度下A转变量与时间的关系的曲线。 连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)， 使奥氏体在连续降温的过程中转变。 CCT 曲线（Continuous Cooling Transformation）： 在连续冷却过程中，A转变量与时间的关系曲线。
TTT曲线
CCT曲线
二、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（TTT）的获得
过冷奥氏体等温转变图，也称 TTT 曲线，或C曲线。它综合反映了过冷奥氏 体在不同温度下等温转变的开始和终了时 间及转变产物之间的关系。
A
1、过冷奥氏体：
钢在奥氏体化后，当温度降低 到Ar1以下，此时奥氏体并不立即 转变，要经历一段时间后，才开始 转变。把这种存在于Ar1温度以下 暂未发生转变的不稳定奥氏体称为 过冷奥氏体。
晶粒易长大的称本质粗晶粒钢， 晶粒不易长大的称本质细晶粒钢。
2. 奥氏体实际晶粒度的影响因素
1) 加热速度 加热速度愈快，完成奥氏体转变用时间就愈短， 形核率就愈高，最终晶粒尺寸较细小。 2) 保温温度、保温时间 就愈粗大。 温度愈高，时间愈长，奥氏体晶粒
3) 原始组织 固相转变具有组织的遗传性。珠光体片层愈细 小，奥氏体的晶粒就愈细小。 4) 合金元素(成分)
四、奥氏体晶粒度及其影响因素 1.奥氏体晶粒度
奥氏体的晶粒大小对热处 理后的性能影响巨大
1) 实际晶粒度 指在某一具体热处理条件下（如加热温度、保温时间） 所得到的晶粒大小。它决定于钢的成分和奥氏体化的工艺过程。
2) 本质晶粒度 不同的钢在同样的加热条件下，奥氏体的长大倾向性不 一样，为比较不同钢的晶粒长大倾向，将不同的钢加热到930±10℃， 保温8小时得到的实际晶粒度作为该钢的本质晶粒度。本质晶粒度是一 材料特性，表示的是钢在奥氏体化时奥氏体晶粒的长大倾向。
4 ）将转变开始点和转变终了点分别连 接起来，即得到 TTT 曲线，如右图所 示。应形状“ C” ， 所以，也称为 C 曲 线。
3、C曲线的特征 （右下图为共析钢的C曲线）
（1） 在Ar1线温度以上，奥氏体稳定，不 会发生转变。
（2）在Ar1线以下，C曲线以左区域为过冷 A 区，转变终了线以右的区域为转变产物 区，两条线之间为转变过渡区。
● 特殊热处理：真空热处理、可控气氛 热处理
热处理目的：改善性能 。（工业上热处理应用率达到60－100％） 热处理特点：固态相变
第一节 钢在加热时的组织转变
为了对钢进行热处理，必须首先将钢加热到单相A区，然后进行适当的冷 却以获得特定的结构和性能。
一、转变温度
A
固态相变同样需要一定的过冷度 （降温）或过热度（升温），因此，加 热转变实际发生温度在平衡临界点之上， 而冷却转变的实际发生温度在平衡临界 点之下。 • Ac1、Ac3、、Accm为升温引起的奥氏 体化温度上移线 • Ar1、Ar3和Arcm则为降温时奥氏体分 解温度的下移线 • A1、A3、Acm、为平衡条件下合金获 得奥氏体的温度线。
（3）不同温度等温对应的孕育期不同，在 C曲线“鼻尖”处的孕育期最短，鼻尖以上 （ Ar1 以下），随温度 ↓ → 孕育期 ↓ ，因为 形核驱动力大，但在鼻尖以下，随温度↓→ 孕育期↑这是因为尽管驱动力大，但原子扩 散缓慢（受温度影响）。
Ar1
A+M
A转变同时受原子扩散（正比于 温度）和转变驱动力（正比于过 冷度）的共同影响。
2、TTT 曲线（C曲线）的建立
1 ）将共析钢加热奥氏体化（ A ），在 Ar1温度以下选择一系列等温时间； 2）将A化的共析钢快冷到不同温度下保 温，记录在各温度下的转变量与保温时 间的关系－转变动力学曲线，
AP
时间
3 ）确定在不同温度下转变开始的时间 a1 ， a2, a3…, 和转变终了的时间 b1 b2, b3… ， ( 时间 a1, a2,… 称为转变的孕 育期 , 在不同的温度下具有不同的孕育 期）