过冷奥氏体等温转变曲线

(1)纯金属的冷却曲线及过冷度
图4-1 热分析装置示意图
图4-2 纯金属的冷却曲线
图4-3 纯金属结晶时 的冷却曲线
综上所述，纯金属的结晶有两个特点:
一是结晶总是在一定的过冷度条件下进行; 二是结晶的整个过程是在一恒温(T1)情况下由 开始到结束的。 前者也是合金结晶以及其他固态下组织转变的 共同特点。
（1）奥氏体晶核形成 （2）奥氏体晶核长大 （3）残余渗碳体溶解 （4）奥氏体成分均匀化
图4-14 珠光体向奥氏体转变示意图
4.2.3 奥氏体的晶粒长大及其控制
• 1.奥氏体晶粒度的概念
图4-15 钢的标准晶粒度等级示意图
2.奥氏体晶粒长大及其影响因素 （1）加热温度 （2）保温时间 （3）加热速度 （4）化学成分 钢中的碳含量和合金元素都会对奥氏体晶粒长 大产生显著影响。 ①碳含量: ②合金元素:
或
727℃ AwC0.77% PwC0.77% 共析转变
（4-5）
②Fe-Fe3C相图中的特性线: 二元相图中的线条都是一些具有共同特征的 点的连线。 综上所述，渗碳体可以有三个来源，从液态 合金中直接结晶出来、从奥氏体中析出和从铁素 体中析出。
③Fe-Fe3C相图中的相区:
简化后的Fe-Fe3C相图共有12个相区 （5个单相区;5个两相区;2个三相区）。
(2)铁碳合金的分类
根据Fe-Fe3C相图中铁碳合金的碳质量分数wC、组织转 变的特点及室温组织，我们可将铁碳合金分为以下几类: ①工业纯铁: wC ≤0.021 8%的铁碳合金称为工业纯铁。 ②钢:0.021 8%< wC <2.11%的铁碳合金称为钢。 根据其室温组织和碳质量分数wC的不同，又可分为 亚共析钢——0.021 8%< wC <0.77%; 共析钢——wC=0.77%; 过共析钢——0.77%< wC <2.11%。 ③白口铸铁:2.11%≤ wC <6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。 根据其室温组织和碳质量分数wC的不同，又可分为 亚共晶白口铸铁———2.11%≤ wC <4.3%; 共晶白口铸铁———wC=4.3%; 过共晶白口铸铁———4.3%< wC <6.69%。
第4章 钢的热处理
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
铁碳合金相图的分析及应用 钢在加热时的组织转变 钢在冷却时的组织转变 钢的整体热处理工艺 钢的表面热处理和化学热处理
目录
4.1.1 纯金属的结晶过程及铁的同素异构现象
1.纯金属的结晶过程 (1)纯金属的冷却曲线及过冷度 (2)纯金属的结晶过程 (3)晶粒大小对金属力学性能的影响 2.铁的同素异构现象
4.2 钢在加热时的组织转变
热处理是由加热、保温和冷却三个基本环节组成的。 在大多数热处理工艺中，钢加热的主要目的是获得奥氏 体组织。
图4-12 加热（冷却）时临界点的位置
4.2.1 奥氏体的形成机理
1.奥氏体形成的热力学条件
图4-13 珠光体和 奥氏体自由能随温 度的变化曲线
2.奥氏体的形成过程
(2)珠光体Fra Baidu bibliotek形成机理
图4-20 片状珠光体形成过程示意图
2.贝氏体型转变
（1）贝氏体的组织形态和力学性能 （2）贝氏体的形成机理 上贝氏体和下贝氏体的转变机理见图4-21。
图4-21 贝氏体形成机理示意图
3.马氏体型转变
（1）马氏体的组织形态及力学性能 （2）马氏体的形成条件 （3）马氏体型转变的特点 钢中马氏体型转变有着许多不同于珠光体型 转变的特点: ①转变的非扩散性: ②转变的非等温性: ③转变的非彻底性: ④比容增大:
4.4 钢的整体热处理工艺
4.4.1 退火 所谓退火，就是将金属或合金加热到适当 温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。退火的实质是将钢加热奥氏体化后进行 珠光体型转变。退火后的组织，对亚共析钢是 铁素体加片状珠光体;对共析或过共析钢则是 粒状珠光体。总之，退火组织是接近平衡状态 的组织。
(3)Fe-Fe3C相图的应用 ①根据Fe-Fe3C相图判断铁碳合金的力学性能:
图4-8 铁碳合金室温平衡组织与碳质量分数wC的关系
②作为选用钢铁材料的依据: ③制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据:
图4-10
Fe-Fe3C相图与铸、锻等工艺的关系
在热处理工艺上的应用
图4-11
Fe-Fe3C相图与热处理温度的关系
图4-19 连续冷却的等温转变图
4.3.3 过冷奥氏体的组织转变类型
1.珠光体型转变 (1)珠光体的组织形态及力学性能 (2)珠光体的形成机理 珠光体的形成过程，包含两个同时进行的 过程: 一个是碳的扩散，生成高碳的渗碳体和低 碳的铁素体;另一个是晶体的点阵重构，由面 心立方的奥氏体转变成体心立方的铁素体和 复杂斜方的渗碳体。
(2)纯金属的结晶过程
图4-4 纯金属结晶过程示意图
(3)晶粒大小对金属力学性能的影响
常用的细化晶粒方法有: ①增加过冷度 ②变质处理 ③振动处理
2.铁的同素异构现象
1394℃ δ-Fe γ-Fe 912℃ α-Fe
（4-1）
图4-5 纯铁的冷却曲线
图4-6 铁的同素异构转变示意图
4.1.2 铁碳合金相图的分析
图4-17 共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
2.影响奥氏体等温转变曲线的因素
影响C曲线形状、位置的因素很多，主要有 下面几个方面: (1)碳含量 (2)合金元素 (3)加热温度和保温时间
4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变的近似分析
图4-18 共析钢C曲线与CCT曲线关系
4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变的近似分析
1.铁碳合金的基本组织 （1）铁素体 （2）奥氏体 （3）渗碳体 （4）珠光体 （5）莱氏体
4.1.2 铁碳合金相图的分析
Fe-Fe3C相图
①Fe-Fe3C相图中的特性点:
1148℃ LwC4.30% Ld wC4.30%（AwC2.11%+Fe3C） 共晶转变 1148℃ 或 LwC4.30% 727℃ AwC0.77% PwC0.77%（FwC0.021 8% +Fe3C） 共析转变 （4-4） 共晶转变 LdwC4.30% （4-3） （4-2）
3.控制奥氏体长大的措施 (1)合理选择加热温度和保温时间 (2)合理选择钢的原始组织 (3)加入一定量的合金元素
4.3 钢在冷却时的组织转变
4.3.1 过冷奥氏体的等温转变
钢在冷却时，主要的冷却方式有两种:
一种是等温冷却，另一种是连续冷却，如图4-16所示。
图4-16 不同冷却方式示意图
1.过冷奥氏体等温转变曲线