热处理原理

金属热处理原理
A晶粒度共有12级：
（粗）00， 0， 1， 2， ……，10（细）
1-4级：本质粗晶粒钢。
5-8级：本质细晶粒钢。
＞8级：超细晶粒钢。 本质粗、细晶粒钢，只是表明钢在
一定温度范围内的过热敏感性。
（2）影响A晶粒长大的因素
①T加热、t保温 ↑， 晶粒长大↑； ②C% ↑，有利于长大；
T/℃
（2）只有高温的P转变，而无B转变；
A1 Ps Pf
（3）连冷曲线在C曲线的右下方；
（4）当ν＜νb时，A→P； 当νb＜ν＜νa时，A→P+M； 当ν＞νa时，A→M。
a
b
Ms
νa
（5）临界冷速νc： 获得M组织的最小冷速。
（6）C曲线在连冷中的应用（定性分析）。
炉冷 空冷
νb t/h
（1）形核。 形核部位：相界。 原因是：
①这些地方原子排列紊乱，能量高，能提供形核所需的能量；
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② A的含碳量在F与Fe3C之间，便于C的扩散。 （2）长大。 包括 浓差扩散、相界推移 → Fe3C
→ F ， 同时伴随晶格的重组。
（3）剩余Fe3C的溶解： Vγ→F＞Vγ→Fe3C， 转变刚结束时，Cγ平衡＜CP平衡 （4）A 体均匀化： 因为刚形成的A各处C浓度不均匀。
高温：稳定，因为此时，△T↓，N、V↓； 中温：不稳定， 因为此时，△T↑，N、V↑；
△T为控 制因素。
低温：又稳定，
此时△T太大，温度很低，原子扩散成为控制因素。
当T＜Ms时，原子扩散已经停止， 此时相变为无扩散性相变，
M以共格切变的方式完成了晶格改组。
（3）共析C钢的过冷A有三种转变
高温（A1-550℃）， A→P， 珠光体转变； 中温（550℃-Ms），A→B， 贝氏体转变； 低温（＜Ms）， A→M， 马氏体转变。
ψ、αk低： C%↑， ψ、αk↓
HR σb
总之，M板硬、强韧；M片硬、脆。
④M转变特点：
a：无扩散性； b：速度快，瞬间形成（10-7s）；
c：有一定的转变温度范围（Ms~Mf）； d：转变不完全，总存在Ar。
3、影响过冷A等温转变的因素
T/℃
先析出线A→F（Fe3C)
（1）C%
A→P
亚共析钢： C%↑， 先共析F析出变慢，C曲线右移；
金属热处理原理
主讲：朱正吼
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二、钢在加热时的转变
1、以共析碳钢为例说明钢的奥氏体化过程
共析碳钢的室温组织为：P = F
+
Fe3C → A
0.0218%C
6.69%C 0.77%C
b.c.c.
复杂立方 f.c.c.
P→A 既有碳的扩散，也有晶格的重组。 遵循形核与长大的基本规律。
具体地，P→ A转变包括4个阶段。
大片”状，P也有人发现是由Fe3C片分枝长大的结果。
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（2）贝氏体B
含碳过饱和α+ Fe3C
B上， 550~350℃之间形成，40~45HRC，呈羽毛状；
B下， 350~Ms之间形成， 45~55HRC， 黑色针片状。
（3）马氏体M Ms以下，A→α′ （含碳过饱和）， 即马氏体。
aa
都阻碍长大。
③合金元素Me： carbide形成元素，V、Ti、Nb、W、Mo、Zr等；
nitride形成元素，Al； 促进石墨化元素，Si、Ni、Co、Cu，
Mn、P促使晶粒长大，使钢容易过热。
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三、钢在冷却时的转变
钢的冷却有等温冷却和连续冷却（炉冷、空冷、液冷）
1、过冷A的等温转变 是指冷却到A1以下的A。 过冷A的等温转变是指将A迅速冷到Ar1以下某一温度等温过程中发生的转变。 C曲线 ——研究过冷A等温转变的一个重要工具。 T/℃
①M结构： 体心正方结构，
c
C原子处于面心及铅直棱边的中央位置。
c/a称为马氏体的正方度。 C%↑， c/a↑， M的比容↑。
②M形态： 片状： 高C马氏体，其内部亚结构为孪晶，又称为孪晶M； 板条状：低C马氏体， 其内部亚结构为位错， 又称为位错M。
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③M性能：
σb、HR高： C%↑， σb、HR↑。 但当C%＞0.6%后，变化趋缓。
C曲线综合反映了过冷A在不同温度下的等温转变过程： 转变开始及终了时间、产物类型、转变温度及转变量 的关系等。
A→P A→B
C曲线分析： （1）线：开始、终了线；
区：过冷A区、产物区、共存区。
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（2）过冷A在各个等温温度都有一个孕育期
T/℃
等温温度不同，孕育期长短不同，A的稳定性也就不同。
过共析钢： C%↑， 未熔Fe3C↑， 有利于过冷A分解， C曲线左移。
t/h
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（2）合金元素Me
除Co以外的所有合金元素都使C曲线右移，甚至影响C曲线的形状。
（3）A化条件 T加热、t保温↑，成分越均匀、晶粒越大，形核率↓， A稳定性↑， C曲线右移。
4、过冷A的连冷转变
特点：（1）有Ps、Pf线、ab线、Ms点；
A→P A→B
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2、过冷A等温转变的产物组织及性能 （1）珠光体P 片状P： 粗片P，片层厚度为1500-4500Ǻ；
细片状P，又称索氏体， 片层厚度为800-1500Ǻ； 极细片状P，又称屈氏体，片层厚度为300-800Ǻ 粒状P，通过球化退火得到。 转变过程：一般认为是“交替形核、端向长
首先，P →A， 然后，先共析相（F、Fe3C）→A。
2、影响A化的因素
（1）T加热 ↑，原子扩散↑， A化↑。
（2）V加热 ↑， T转变 ↑， （3）化学成分：C% ↑，
A化↑。 F与Fe3C的相界 ↑， A化↑。
（4）原始组织：P越细， VA化 ↑， P片＞P粒。
3、A晶粒大小及其影响因素 （1）晶粒度 起始晶粒度： 奥氏体化刚结束，晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。 实际晶粒度： 钢在具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。 本质晶粒度： 根据标准实验方法，钢在930±10℃，保温8h后的A晶粒度。