第三章1)钢的热处理——加热和冷却的组织变化

d．合金元素 a. Cr、Mo、W、 Mn 、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，
形成碳化物，阻碍碳扩散， ↓奥氏体形成速度 ； b. Co、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度； c. Al、Si影响不太。
e．原始组织 片状，片间距小→相界面多
→碳弥散度大→碳原子扩散距 离短→奥氏体形核长大快 ；
片状 > 粒状。
550℃~350℃ 350℃~Ms
上贝氏体 下贝氏体
半扩散型，Fe 羽毛状
碳化物在F间，韧性差
不扩散
（见下图）
奥氏体晶核形成 奥氏体晶核长大 残余渗碳体溶解
奥氏体成分均匀化
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1）、共析钢的奥氏体化
1．奥氏体化 加热时由{铁素体+渗碳体}
转变为奥氏体的过程。 涉及晶格改组和Fe、C原子
的扩散过程。 遵循形核、长大规律。
2．共析钢奥氏体化温度 Ac1温度。
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3．共析钢奥氏体化过程
Hale Waihona Puke 示意F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) →A (Fcc, 0.77)
第3章 钢的热处理
3.1 钢在加热时的组织转变 3.2 钢在冷却时的组织转变 3.3 钢的普通热处理 3.4 钢的表面热处理
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热处理是指将钢在固态下加热到预定的温度，保温一 段时间，然后以预定的方式冷却到室温，来改变其内 部组织结构，以获得所需性能的一种热加工工艺。 特点：改变钢的内部组织，而不改变其形状和尺寸。
➢600～550℃:极细片 状P---屈氏体(T); 片间 距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
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珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
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索氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
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屈氏体形貌像
光镜形貌 电镜形貌
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（2）中温区转变 贝氏体转变 550℃~230℃ （Ms）
A过冷→B，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物。
分类：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）；
其他热处理
过程： 加热
保温
冷却 2
3.1 钢在加热时的组织转变
3
Ac1、Ac3、Accm A1、A3、Acm
Ar1、Ar3、Arcm
两种加热： 1.临界温度线以下的加 热； 2.临界线以上的加热。
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3.1.1 奥氏体化过程：
获得：冷却到一定温度，保温， 测量A过冷转变开始和终了时间
共析钢等温转变图（C曲线）
（a）不同等温下的等温转变动
力学曲线
（b）等温转变图（C曲线）
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特点： i. A1（727度）以上：A稳定 ii. A1 （727度）以下：过冷A不稳定， iii. C曲线有一最小孕育期（550度）：
1：T↓，A—P的驱动力提高 2：T↓—D↓ iiii. 转变开始线与转变终了线
3.2 钢在冷却时的组织转变
过冷奥氏体的等温转变 影响C曲线的因素
过冷奥氏体的连续冷却转变
1 连续处理
2 等温处理
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Ac1、Ac3、Accm A1、A3、Acm
Ar1、Ar3、Arcm
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一、过冷奥氏体的等温转变
1．共析钢过冷A等温转变曲线 （TTT图、C曲线）
T --- time T --- temperature T --- transformation C --- Shape
积或晶粒度级别表示。
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2．起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度 起始晶粒度：P →A结束时的晶粒度；
实际晶粒度：钢在某一具体处理过程中所得奥氏体 晶粒的大小；
本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。 奥氏体晶粒随温度的升高而迅速长大→本质粗晶钢 奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大→ 本质细晶钢
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
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（1）高温转变区
A1——鼻子温度（550℃）
A过冷→P（S，T）索氏体，屈氏体。
P
P的形成取决于形核、长大速率。
S
T↓，形核，长大↑。
T
a. 形核：优先在相界[F，Fe3C] b. 长大： c. 渗碳体完全溶解： d. 碳的均匀化：
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2）、亚(过)析钢的奥氏体化
亚析钢
P + F →A
Ac3 Ac1
过析钢
P+ Fe3C →A
Accm Ac1
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3.1.2、奥氏体晶粒大小及控制
1．晶粒度 表征晶体内晶粒大小的量度，通常用长度、面积、体
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4．奥氏体晶粒度的控制
a. 加热工艺 合理的加热温度（见下图）与保温时间。
b. 钢的成分——合金化 i. A中C%↑→晶粒↑ ii. 合金元素%↑ →晶粒↓
碳化物形成元素：形成稳定碳化物阻碍扩散，细化晶粒； Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率↑ 且C扩散受阻→ 本质细晶钢； Mn 、P等：促进长大。
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奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响
1.奥氏体晶粒均匀细小,热处 理后钢的力学性能提高。
2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时
容易引起工件产生较大的变形
甚至开裂。
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3.1.3、钢在加热时常见的缺陷及防止措施
1．常见缺陷
氧化；脱碳；过热；过烧
2．防止措施
在真空中加热； 可控气氛加热； 盐浴加热；
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2．共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征
产物区 过冷奥氏体区
温度 (℃)
800
稳定的奥氏体区
700 600 500
400 300 Ms 200
A
++ 产产
A A向产物 转变终止线
物
A向产
区
物转变开始线
100
0 Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
（见下图）
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本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）
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3、影响奥氏体化的因素 a．加热温度
T↑→A化速度↑ (因为过热度↑、D↑、形核孕育期↓ ） b．加热速度
V↑→ 转变开始温度↑，转 变时间↓；
V ↓ ↓，转变时间↑↑↑ ，接近 平衡转变
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c．含碳量 C%↑→ Fe3C ↑ →/ Fe3C界面多→形核核心多→转变快
T↓→600℃，D↓，长大慢→
层间距薄、短
扩散型相变，综合性能好。
HB较低，韧性好。
T↓→HB↑，强度↑
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➢A1～650℃ : P ; 5～ 25HRC; 片间距为0.6～ 0.7μm ( 500×)。
➢650～600℃ : 细片状P--索氏体(S); 片间距为 0.2～0.4μm (1000×);25～36HRC。