第03章 珠光体转变与钢的退火和正火.pdf

钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理 原理与工艺原理与工艺原理与工艺原理与工艺 第三章第三章第三章第三章 珠光体转变与钢的退火和正火珠光体转变与钢的退火和正火珠光体转变与钢的退火和正火珠光体转变与钢的退火和正火 3 3 3 3 1 1 1 1 钢的冷却转变概述钢的冷却转变概述钢的冷却转变概述钢的冷却转变概述 在在在在A A A A1 1 1 1温度以下温度以下温度以下温度以下 随着冷却条件的不同随着冷却条件的不同随着冷却条件的不同随着冷却条件的不同 奥氏体可在奥氏体可在奥氏体可在奥氏体可在 不同温度发生转变不同温度发生转变不同温度发生转变不同温度发生转变 此时此时此时此时 奥氏体转变不是平衡转奥氏体转变不是平衡转奥氏体转变不是平衡转奥氏体转变不是平衡转 变变变变 因此因此因此因此不能完全根据不能完全根据不能完全根据不能完全根据FeFeFeFe FeFeFeFe3 3 3 3C C C C相图来判断和分析相图来判断和分析相图来判断和分析相图来判断和分析 过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图是用来是用来是用来是用来 表示不同冷却条件下奥氏体表示不同冷却条件下奥氏体表示不同冷却条件下奥氏体表示不同冷却条件下奥氏体 转变过程的起止时间和各种转变过程的起止时间和各种转变过程的起止时间和各种转变过程的起止时间和各种 类型组织转变所处的温度范类型组织转变所处的温度范类型组织转变所处的温度范类型组织转变所处的温度范 围的一种图形围的一种图形围的一种图形围的一种图形 包括奥氏体包括奥氏体包括奥氏体包括奥氏体等等等等 温转变图温转变图温转变图温转变图 ITITITIT或或或或TTTTTTTTTTTT图图图图 和和和和连续连续连续连续 冷却转变图冷却转变图冷却转变图冷却转变图 CTCTCTCT或或或或CCTCCTCCTCCT图图图图 一一一一 IT IT IT IT 图图图图 它是通过测定一它是通过测定一它是通过测定一它是通过测定一 系列不同温度的等温系列不同温度的等温系列不同温度的等温系列不同温度的等温 转变动力学曲线而绘转变动力学曲线而绘转变动力学曲线而绘转变动力学曲线而绘 制成的制成的制成的制成的 图形分析图形分析图形分析图形分析 过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在A1A1A1A1 温度以下三个温度区温度以下三个温度区温度以下三个温度区温度以下三个温度区 间内将发生不同类型间内将发生不同类型间内将发生不同类型间内将发生不同类型 的组织转变的组织转变的组织转变的组织转变 变变变变 点的低温区点的低温区点的低温区点的低温区 马氏体转马氏体转马氏体转马氏体转 变变变变 点的中温区点的中温区点的中温区点的中温区 贝氏体转贝氏体转贝氏体转贝氏体转左右左右左右左右 转变转变转变转变 左右的高温区左右的高温区左右的高温区左右的高温区 珠光体珠光体珠光体珠光体 fs s MM M A 550 550 1 二二二二 CT CT CT CT 图图图图 钢的钢的钢的钢的CT CT CT CT 图比较复杂图比较复杂图比较复杂图比较复杂 只有共析碳钢的最为简单只有共析碳钢的最为简单只有共析碳钢的最为简单只有共析碳钢的最为简单 淬火临界速度淬火临界速度淬火临界速度淬火临界速度VcVcVcVc 共析碳钢的连续冷却曲线示意图共析碳钢的连续冷却曲线示意图共析碳钢的连续冷却曲线示意图共析碳钢的连续冷却曲线示意图 3 3 3 3 2 2 2 2 珠光体的组织和性质珠光体的组织和性质珠光体的组织和性质珠光体的组织和性质 一一一一 珠光体的组织形态和晶体学珠光体的组织形态和晶体学珠光体的组织形态和晶体学珠光体的组织形态和晶体学 珠光体的组成珠光体的组成珠光体的组成珠光体的组成 铁素体片铁素体片铁素体片铁素体片和和和和渗碳体片渗碳体片渗碳体片渗碳体片 转变初期形核率小转变初期形核率小转变初期形核率小转变初期形核率小 珠光体呈球团状珠光体呈球团状珠光体呈球团状珠光体呈球团状 珠光体团珠光体团珠光体团珠光体团 由一些小区域由一些小区域由一些小区域由一些小区域 珠光体区域珠光体区域珠光体区域珠光体区域 组成组成组成组成 它们的大小对珠光它们的大小对珠光它们的大小对珠光它们的大小对珠光 体的机械性能无明显影响体的机械性能无明显影响体的机械性能无明显影响体的机械性能无明显影响 有决定性的是其有决定性的是其有决定性的是其有决定性的是其片层间距片层间距片层间距片层间距 随过冷度的增加而减小随过冷度的增加而减小随过冷度的增加而减小随过冷度的增加而减小 Zener模型模型模型模型 珠光体转变时用于扩散的总驱动力为珠光体转变时用于扩散的总驱动力为珠光体转变时用于扩散的总驱动力为珠光体转变时用于扩散的总驱动力为 最高长大速度时的片层间距为最高长大速度时的片层间距为最高长大速度时的片层间距为最高长大速度时的片层间距为 S S G G G GGGG cT m T m S mT m S m T m D m 11 4 42THTVGVSS cm T mmc 片层间距随转变温度的降低而减小片层间距随转变温度的降低而减小片层间距随转变温度的降低而减小片层间距随转变温度的降低而减小 片层间距的倒数与过冷度呈线性关系片层间距的倒数与过冷度呈线性关系片层间距的倒数与过冷度呈线性关系片层间距的倒数与过冷度呈线性关系 片层间距的细小程度受可能获得的驱动力限制片层间距的细小程度受可能获得的驱动力限制片层间距的细小程度受可能获得的驱动力限制片层间距的细小程度受可能获得的驱动力限制 光镜下形貌光镜下形貌光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌 三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜 珠光体珠光体珠光体珠光体 形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为A1 650 片层较厚片层较厚片层较厚片层较厚 500倍光镜下倍光镜下倍光镜下倍光镜下 可辨可辨可辨可辨 用符号用符号用符号用符号P表示表示表示表示 根据片层厚度不同根据片层厚度不同根据片层厚度不同根据片层厚度不同 可分为可分为可分为可分为珠光体珠光体珠光体珠光体 索氏体索氏体索氏体索氏体和和和和托氏体托氏体托氏体托氏体 索氏体索氏体索氏体索氏体 形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为650 600 片层较薄片层较薄片层较薄片层较薄 800 1000倍倍倍倍 光镜下可辨光镜下可辨光镜下可辨光镜下可辨 用符号用符号用符号用符号S 表示表示表示表示 电镜形貌电镜形貌电镜形貌电镜形貌 光镜形貌光镜形貌光镜形貌光镜形貌 托氏体托氏体托氏体托氏体 形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为600 550 片层极薄片层极薄片层极薄片层极薄 电镜下可辨电镜下可辨电镜下可辨电镜下可辨 用符号用符号用符号用符号T 表示表示表示表示 电镜形貌电镜形貌电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌光镜形貌光镜形貌 奥氏体化温度奥氏体化温度奥氏体化温度奥氏体化温度 转变前奥氏体的晶粒大小转变前奥氏体的晶粒大小转变前奥氏体的晶粒大小转变前奥氏体的晶粒大小只影响珠只影响珠只影响珠只影响珠 光体团的大小而不影响片层间距光体团的大小而不影响片层间距光体团的大小而不影响片层间距光体团的大小而不影响片层间距 珠光体团中的铁素体和渗碳体相与原奥氏体之间珠光体团中的铁素体和渗碳体相与原奥氏体之间珠光体团中的铁素体和渗碳体相与原奥氏体之间珠光体团中的铁素体和渗碳体相与原奥氏体之间 无一定的晶体学取向关系无一定的晶体学取向关系无一定的晶体学取向关系无一定的晶体学取向关系 但这两个相之间具有一定但这两个相之间具有一定但这两个相之间具有一定但这两个相之间具有一定 的取向关系的取向关系的取向关系的取向关系 珠光体珠光体珠光体珠光体 索氏体索氏体索氏体索氏体 屈氏体三种组织无本质区别屈氏体三种组织无本质区别屈氏体三种组织无本质区别屈氏体三种组织无本质区别 只只只只 是形态上的粗细之分是形态上的粗细之分是形态上的粗细之分是形态上的粗细之分 因此其界限也是相对的因此其界限也是相对的因此其界限也是相对的因此其界限也是相对的 此外此外此外此外 还有还有还有还有粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体和和和和特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体 粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体是在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体是在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体是在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体是在铁素体基体中分布着颗粒状渗碳体 的组织的组织的组织的组织 其其其其力学性能主要取力学性能主要取力学性能主要取力学性能主要取 决于渗碳休颗粒的大小决于渗碳休颗粒的大小决于渗碳休颗粒的大小决于渗碳休颗粒的大小 形形形形 态与分布态与分布态与分布态与分布 在成分相同的条件下在成分相同的条件下在成分相同的条件下在成分相同的条件下 粒粒粒粒 状珠光体比片状珠光体的硬状珠光体比片状珠光体的硬状珠光体比片状珠光体的硬状珠光体比片状珠光体的硬 度稍低度稍低度稍低度稍低 但塑性较好但塑性较好但塑性较好但塑性较好 特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体特殊形态的珠光体 见本章第六节见本章第六节见本章第六节见本章第六节 粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体粒状珠光体 二二二二 片状珠光体的晶体学片状珠光体的晶体学片状珠光体的晶体学片状珠光体的晶体学 铁素体铁素体铁素体铁素体 与与与与 1之间保持之间保持之间保持之间保持K K K K S S S S关系关系关系关系 110 111 111 110 渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 与与与与 1保持保持保持保持PitchPitchPitchPitch关系关系关系关系 其接近于其接近于其接近于其接近于 110 1 1 1 1 1 1 1 1 010 010 010 010 110 110 110 110 001 001 001 001 12 12 12 12 1 1 一个珠光体团内的一个珠光体团内的一个珠光体团内的一个珠光体团内的 与与与与 存在存在存在存在Pitch Petch关系关系关系关系 001 001 001 001 5 5 5 5 001 001 001 001 113 113 113 113 差 差差差2 2 2 2 36363636 001 001 001 001 113 113 113 113 差 差差差2 2 2 2 36363636 12 若在奥氏体晶界上有先共析若在奥氏体晶界上有先共析若在奥氏体晶界上有先共析若在奥氏体晶界上有先共析 和和和和 转变转变转变转变 则珠光体团中的则珠光体团中的则珠光体团中的则珠光体团中的 和和和和 之间分别满足下列关系之间分别满足下列关系之间分别满足下列关系之间分别满足下列关系 001 001 001 001 2 2 2 2 100 100 100 100 01 01 01 01 010 010 010 010 111 111 111 111 101 101 101 101 112 112 112 112 111 三三三三 珠光体的机械性能珠光体的机械性能珠光体的机械性能珠光体的机械性能 屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度 s s s s MPaMPaMPaMPa 139 46 4 139 46 4 139 46 4 139 46 4S S S S 1 1 1 1 m m m m 1 1 1 1 断裂强度断裂强度断裂强度断裂强度 f f f f 436 5 98 1 436 5 98 1 436 5 98 1 436 5 98 1 S S S S 1 1 1 1 m m m m 1 1 1 1 式中式中式中式中 s s s s为屈服强度为屈服强度为屈服强度为屈服强度 f f f f为断裂强度为断裂强度为断裂强度为断裂强度 S S S S为片层间距为片层间距为片层间距为片层间距 珠光体的机械性能决定于其组成的两个相珠光体的机械性能决定于其组成的两个相珠光体的机械性能决定于其组成的两个相珠光体的机械性能决定于其组成的两个相 铁素体铁素体铁素体铁素体 和和和和渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 钢的钢的钢的钢的韧脆转化温度韧脆转化温度韧脆转化温度韧脆转化温度随含碳量的增加而大大提高随含碳量的增加而大大提高随含碳量的增加而大大提高随含碳量的增加而大大提高 珠珠珠珠 光体每增加光体每增加光体每增加光体每增加1 1 1 1 的体积的体积的体积的体积 韧脆转化温度就升高韧脆转化温度就升高韧脆转化温度就升高韧脆转化温度就升高2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 珠光体转变机理珠光体转变机理珠光体转变机理珠光体转变机理 一一一一 一般概述一般概述一般概述一般概述 珠光体转变也是由形核和长大两个基本过程组成珠光体转变也是由形核和长大两个基本过程组成珠光体转变也是由形核和长大两个基本过程组成珠光体转变也是由形核和长大两个基本过程组成 该过程受扩该过程受扩该过程受扩该过程受扩 散控制散控制散控制散控制 珠光体珠光体珠光体珠光体 的形核的形核的形核的形核 共析相上形核共析相上形核共析相上形核共析相上形核 偏离共析成分时偏离共析成分时偏离共析成分时偏离共析成分时 在先在先在先在先 氏体晶界上形核氏体晶界上形核氏体晶界上形核氏体晶界上形核 钢为共析成分时钢为共析成分时钢为共析成分时钢为共析成分时 在奥在奥在奥在奥 片状珠片状珠片状珠片状珠 光体形光体形光体形光体形 成时碳成时碳成时碳成时碳 的扩散的扩散的扩散的扩散 示意图示意图示意图示意图 分支长大分支长大分支长大分支长大 协作长大协作长大协作长大协作长大 方向生长方向生长方向生长方向生长横向生长横向生长横向生长横向生长 垂直于片的垂直于片的垂直于片的垂直于片的 轴方向生长轴方向生长轴方向生长轴方向生长 纵向生长纵向生长纵向生长纵向生长 沿着片的长沿着片的长沿着片的长沿着片的长 珠光体珠光体珠光体珠光体 的生长的生长的生长的生长 二二二二 珠光体转变的领先相珠光体转变的领先相珠光体转变的领先相珠光体转变的领先相 两种观点两种观点两种观点两种观点 领先相为渗碳体领先相为渗碳体领先相为渗碳体领先相为渗碳体 铁素体和渗碳体都可成为领先相铁素体和渗碳体都可成为领先相铁素体和渗碳体都可成为领先相铁素体和渗碳体都可成为领先相 Smith的假说的假说的假说的假说 目前公认的结论目前公认的结论目前公认的结论目前公认的结论 渗碳体和铁素体都渗碳体和铁素体都渗碳体和铁素体都渗碳体和铁素体都 可以成为领先相可以成为领先相可以成为领先相可以成为领先相 CFe CFe 3 3 过共析钢中过共析钢中过共析钢中过共析钢中 共析钢中共析钢中共析钢中共析钢中 亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 三三三三 珠光体的长大方式珠光体的长大方式珠光体的长大方式珠光体的长大方式 两种观点两种观点两种观点两种观点 岔方式进行的岔方式进行的岔方式进行的岔方式进行的 行行行行 横向的展宽是以分横向的展宽是以分横向的展宽是以分横向的展宽是以分只以纵向长大的方式进只以纵向长大的方式进只以纵向长大的方式进只以纵向长大的方式进 完成完成完成完成 随后又以纵向长大方式随后又以纵向长大方式随后又以纵向长大方式随后又以纵向长大方式通过横向形核和长大通过横向形核和长大通过横向形核和长大通过横向形核和长大 目前的观点目前的观点目前的观点目前的观点 纵向长大和横向长大同时起作用纵向长大和横向长大同时起作用纵向长大和横向长大同时起作用纵向长大和横向长大同时起作用 尤其是当晶尤其是当晶尤其是当晶尤其是当晶 界不存在先共析相时更是如此界不存在先共析相时更是如此界不存在先共析相时更是如此界不存在先共析相时更是如此 但纵向长大应是主要方式但纵向长大应是主要方式但纵向长大应是主要方式但纵向长大应是主要方式 珠光体在奥氏体晶内第二相上形核珠光体在奥氏体晶内第二相上形核珠光体在奥氏体晶内第二相上形核珠光体在奥氏体晶内第二相上形核 a 显微照片显微照片显微照片显微照片b 示意图示意图示意图示意图 氧化物氧化物氧化物氧化物 MnS VC a b 正常的片状珠光体形成时正常的片状珠光体形成时正常的片状珠光体形成时正常的片状珠光体形成时 铁素体与渗碳体是交替配合长大的铁素体与渗碳体是交替配合长大的铁素体与渗碳体是交替配合长大的铁素体与渗碳体是交替配合长大的 但在某些情况下但在某些情况下但在某些情况下但在某些情况下 在过共析钢中片状珠光体形成时在过共析钢中片状珠光体形成时在过共析钢中片状珠光体形成时在过共析钢中片状珠光体形成时 渗碳体和铁素渗碳体和铁素渗碳体和铁素渗碳体和铁素 体不一定交替配合长大体不一定交替配合长大体不一定交替配合长大体不一定交替配合长大 而出现反常组织而出现反常组织而出现反常组织而出现反常组织 过共析钢中的几种反常组织过共析钢中的几种反常组织过共析钢中的几种反常组织过共析钢中的几种反常组织 在晶界渗碳体一在晶界渗碳体一在晶界渗碳体一在晶界渗碳体一 侧长出一片铁素侧长出一片铁素侧长出一片铁素侧长出一片铁素 体体体体 此后却不配此后却不配此后却不配此后却不配 合形核长大合形核长大合形核长大合形核长大 从晶界上形成的渗碳体从晶界上形成的渗碳体从晶界上形成的渗碳体从晶界上形成的渗碳体 中长出一个分枝伸向晶中长出一个分枝伸向晶中长出一个分枝伸向晶中长出一个分枝伸向晶 粒内部粒内部粒内部粒内部 但无铁素体与但无铁素体与但无铁素体与但无铁素体与 之配合之配合之配合之配合 从而形成一片从而形成一片从而形成一片从而形成一片 孤立的渗碳体孤立的渗碳体孤立的渗碳体孤立的渗碳体 由晶界长出的渗碳由晶界长出的渗碳由晶界长出的渗碳由晶界长出的渗碳 体片体片体片体片 伸向晶粒后伸向晶粒后伸向晶粒后伸向晶粒后 在分枝的端部长出在分枝的端部长出在分枝的端部长出在分枝的端部长出 一个珠光体团一个珠光体团一个珠光体团一个珠光体团 离异共析组织离异共析组织离异共析组织离异共析组织 四四四四 粒状珠光体的形成机制粒状珠光体的形成机制粒状珠光体的形成机制粒状珠光体的形成机制 粒状珠光体形成的条件粒状珠光体形成的条件粒状珠光体形成的条件粒状珠光体形成的条件 渗碳体核能在奥氏体晶粒内部形成渗碳体核能在奥氏体晶粒内部形成渗碳体核能在奥氏体晶粒内部形成渗碳体核能在奥氏体晶粒内部形成 要达到这一条件要达到这一条件要达到这一条件要达到这一条件需要需要需要需要特定的奥氏体化工艺条件特定的奥氏体化工艺条件特定的奥氏体化工艺条件特定的奥氏体化工艺条件和和和和特定的冷却工艺特定的冷却工艺特定的冷却工艺特定的冷却工艺 条件条件条件条件 奥氏体化温度很低奥氏体化温度很低奥氏体化温度很低奥氏体化温度很低 一般仅比一般仅比一般仅比一般仅比Ac1高高高高10 20 保温时间较短保温时间较短保温时间较短保温时间较短 冷却速度极慢冷却速度极慢冷却速度极慢冷却速度极慢 一般小于一般小于一般小于一般小于20 h h h h 或者过冷奥氏体温度足够高或者过冷奥氏体温度足够高或者过冷奥氏体温度足够高或者过冷奥氏体温度足够高 一般仅比一般仅比一般仅比一般仅比Ac1低低低低20 30 等温时间要足够长等温时间要足够长等温时间要足够长等温时间要足够长 实际上就是实际上就是实际上就是实际上就是普通球化退火普通球化退火普通球化退火普通球化退火和和和和等温球化退火等温球化退火等温球化退火等温球化退火的工艺条件的工艺条件的工艺条件的工艺条件 1 加热前的原始组织为奥氏体的情形加热前的原始组织为奥氏体的情形加热前的原始组织为奥氏体的情形加热前的原始组织为奥氏体的情形 由于奥氏体化温度低由于奥氏体化温度低由于奥氏体化温度低由于奥氏体化温度低 加热时间短加热时间短加热时间短加热时间短 所以加热转变不能充分进所以加热转变不能充分进所以加热转变不能充分进所以加热转变不能充分进 行行行行 得到的组织为奥氏体和许多未溶的残余碳化物得到的组织为奥氏体和许多未溶的残余碳化物得到的组织为奥氏体和许多未溶的残余碳化物得到的组织为奥氏体和许多未溶的残余碳化物 或者许多微小或者许多微小或者许多微小或者许多微小 的碳的富集区的碳的富集区的碳的富集区的碳的富集区 此时的残余碳化物不是片状此时的残余碳化物不是片状此时的残余碳化物不是片状此时的残余碳化物不是片状 而是断开的而是断开的而是断开的而是断开的 趋于球趋于球趋于球趋于球 状的颗粒状状的颗粒状状的颗粒状状的颗粒状 当慢速冷却至当慢速冷却至当慢速冷却至当慢速冷却至Ar1以下附近等温时以下附近等温时以下附近等温时以下附近等温时 未溶解的残余粒状未溶解的残余粒状未溶解的残余粒状未溶解的残余粒状 碳化物便是现成的渗碳体核碳化物便是现成的渗碳体核碳化物便是现成的渗碳体核碳化物便是现成的渗碳体核 此外此外此外此外 在富碳区也将形成渗碳体核在富碳区也将形成渗碳体核在富碳区也将形成渗碳体核在富碳区也将形成渗碳体核 渗碳体核可以向渗碳体核可以向渗碳体核可以向渗碳体核可以向四周四周四周四周长大而长大而长大而长大而称称称称为粒状渗碳体为粒状渗碳体为粒状渗碳体为粒状渗碳体 而在其而在其而在其而在其周围周围周围周围则出现低则出现低则出现低则出现低 碳奥氏体碳奥氏体碳奥氏体碳奥氏体 通通通通过形核长大过形核长大过形核长大过形核长大 协调地协调地协调地协调地转变为铁素体转变为铁素体转变为铁素体转变为铁素体 最最最最终终终终形成颗粒状形成颗粒状形成颗粒状形成颗粒状 渗碳体分渗碳体分渗碳体分渗碳体分布布布布在铁素体基体中的粒状珠光体在铁素体基体中的粒状珠光体在铁素体基体中的粒状珠光体在铁素体基体中的粒状珠光体 2 加热前的原始组织为片状珠光体的情形加热前的原始组织为片状珠光体的情形加热前的原始组织为片状珠光体的情形加热前的原始组织为片状珠光体的情形 在加热过程中片状渗碳体有可能在加热过程中片状渗碳体有可能在加热过程中片状渗碳体有可能在加热过程中片状渗碳体有可能自发破裂自发破裂自发破裂自发破裂和球化和球化和球化和球化 其原其原其原其原因因因因是片状是片状是片状是片状 渗碳体的渗碳体的渗碳体的渗碳体的表面积表面积表面积表面积大于同大于同大于同大于同样样样样体体体体积积积积的粒状渗碳体的的粒状渗碳体的的粒状渗碳体的的粒状渗碳体的 因因因因此此此此 片状渗碳体片状渗碳体片状渗碳体片状渗碳体 的球化是一个的球化是一个的球化是一个的球化是一个自发自发自发自发的过程的过程的过程的过程 其过程可用前其过程可用前其过程可用前其过程可用前面面面面的的的的吉布斯吉布斯吉布斯吉布斯 汤姆斯汤姆斯汤姆斯汤姆斯定定定定律律律律进进进进 行解行解行解行解释释释释 片状渗碳体的断片状渗碳体的断片状渗碳体的断片状渗碳体的断裂还裂还裂还裂还与渗碳体片内与渗碳体片内与渗碳体片内与渗碳体片内 的晶体的晶体的晶体的晶体缺陷缺陷缺陷缺陷有关有关有关有关 渗碳体球化机理示意图渗碳体球化机理示意图渗碳体球化机理示意图渗碳体球化机理示意图 形成沟槽形成沟槽形成沟槽形成沟槽 随碳的扩散沟槽加深随碳的扩散沟槽加深随碳的扩散沟槽加深随碳的扩散沟槽加深 3 获得粒状珠光体的其获得粒状珠光体的其获得粒状珠光体的其获得粒状珠光体的其它途径它途径它途径它途径 1 调质处理调质处理调质处理调质处理 钢钢钢钢淬淬淬淬成成成成马马马马氏体后氏体后氏体后氏体后 通通通通过高温过高温过高温过高温回火回火回火回火 自马自马自马自马氏体析出的碳氏体析出的碳氏体析出的碳氏体析出的碳 化物化物化物化物经聚经聚经聚经聚集集集集 长大成颗粒状碳化物长大成颗粒状碳化物长大成颗粒状碳化物长大成颗粒状碳化物 均匀均匀均匀均匀分分分分布布布布在铁素体基体中在铁素体基体中在铁素体基体中在铁素体基体中 成为粒成为粒成为粒成为粒 状珠光体状珠光体状珠光体状珠光体 2 塑塑塑塑性变形性变形性变形性变形 对对对对组织为片状珠光体的钢进行组织为片状珠光体的钢进行组织为片状珠光体的钢进行组织为片状珠光体的钢进行塑塑塑塑性变形性变形性变形性变形 会使会使会使会使渗碳渗碳渗碳渗碳 体片断体片断体片断体片断裂裂裂裂 碎碎碎碎化化化化 溶解溶解溶解溶解 会增会增会增会增加珠光体中铁素体和渗碳体的加珠光体中铁素体和渗碳体的加珠光体中铁素体和渗碳体的加珠光体中铁素体和渗碳体的位错密位错密位错密位错密 度和度和度和度和亚亚亚亚晶界数晶界数晶界数晶界数量量量量 故故故故有有有有促促促促进渗碳体球化作用进渗碳体球化作用进渗碳体球化作用进渗碳体球化作用 3 有有有有网网网网状碳化物的过共析钢在状碳化物的过共析钢在状碳化物的过共析钢在状碳化物的过共析钢在Ac1 Accm之间加热时之间加热时之间加热时之间加热时 网网网网状碳化状碳化状碳化状碳化 物物物物会发会发会发会发生断生断生断生断裂裂裂裂和球化和球化和球化和球化 但所得碳化物颗粒但所得碳化物颗粒但所得碳化物颗粒但所得碳化物颗粒较较较较大大大大 且往往且往往且往往且往往呈多呈多呈多呈多角角角角形形形形 一一一一 字字字字形或形或形或形或 人人人人 字字字字形形形形 由于由于由于由于网网网网状碳化物为先共析相状碳化物为先共析相状碳化物为先共析相状碳化物为先共析相 采采采采用正常的球化用正常的球化用正常的球化用正常的球化退火退火退火退火无无无无法消除法消除法消除法消除 为为为为 使使使使其断其断其断其断裂裂裂裂 球化所需的加热温度应高于正常的球化球化所需的加热温度应高于正常的球化球化所需的加热温度应高于正常的球化球化所需的加热温度应高于正常的球化退火退火退火退火温度温度温度温度 因因因因 此此此此 对对对对有有有有网网网网状碳化物的过共析钢状碳化物的过共析钢状碳化物的过共析钢状碳化物的过共析钢 一一一一般般般般应先进行正应先进行正应先进行正应先进行正火火火火以以以以消除网消除网消除网消除网状碳状碳状碳状碳 化物化物化物化物 然然然然后进行球化后进行球化后进行球化后进行球化退火退火退火退火 3 3 3 3 4 4 4 4 珠光体转变的动力学珠光体转变的动力学珠光体转变的动力学珠光体转变的动力学 一一一一 特点特点特点特点 恒温下的转变恒温下的转变恒温下的转变恒温下的转变 1 1 1 1 转变开始前有一个转变开始前有一个转变开始前有一个转变开始前有一个孕育期孕育期孕育期孕育期 2 2 2 2 温度一定时温度一定时温度一定时温度一定时 转变速度随时转变速度随时转变速度随时转变速度随时 间间间间延延延延长有一长有一长有一长有一极极极极大大大大值值值值 3 3 3 3 随转变温度的降低随转变温度的降低随转变温度的降低随转变温度的降低 珠光体珠光体珠光体珠光体 转变的转变的转变的转变的孕育期孕育期孕育期孕育期有一有一有一有一极极极极小小小小值值值值 此时此时此时此时 转变最转变最转变最转变最快快快快 4 4 4 4 合合合合金元金元金元金元素的素的素的素的影响很明影响很明影响很明影响很明显显显显 二二二二 珠光体转变动力学研究珠光体转变动力学研究珠光体转变动力学研究珠光体转变动力学研究 奥氏体转变量与时间的关系式奥氏体转变量与时间的关系式奥氏体转变量与时间的关系式奥氏体转变量与时间的关系式 均匀形核时均匀形核时均匀形核时均匀形核时 非均匀形核时非均匀形核时非均匀形核时非均匀形核时 式中式中式中式中K nK nK nK n均为常数均为常数均为常数均为常数 43 3 exp1tGNX n KtX exp1 三三三三 影响珠光体转变动力学的其影响珠光体转变动力学的其影响珠光体转变动力学的其影响珠光体转变动力学的其他他他他因素因素因素因素 除除除除温度温度温度温度和和和和时间时间时间时间外外外外 以下以下以下以下各因各因各因各因素也素也素也素也产产产产生生生生影响影响影响影响 1 1 1 1 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒奥氏体晶粒奥氏体晶粒奥氏体晶粒越越越越细细细细 珠光体转变进行珠光体转变进行珠光体转变进行珠光体转变进行越快越快越快越快 2 2 2 2 奥氏体的成分奥氏体的成分奥氏体的成分奥氏体的成分 1 1 1 1 碳碳碳碳含量含量含量含量的的的的影响影响影响影响 两个特点两个特点两个特点两个特点 2 2 2 2 合合合合金元金元金元金元素的素的素的素的影响影响影响影响 9 9 9 9个方个方个方个方面面面面 3 3 3 3 奥氏体的奥氏体的奥氏体的奥氏体的均匀均匀均匀均匀化程度化程度化程度化程度 4 4 4 4 奥氏体的应力状奥氏体的应力状奥氏体的应力状奥氏体的应力状态态态态和和和和塑塑塑塑性形变性形变性形变性形变 3 3 3 3 5 5 5 5 先共析转变先共析转变先共析转变先共析转变 一一一一 发生先共析转变的条件发生先共析转变的条件发生先共析转变的条件发生先共析转变的条件 先共析铁素体先共析铁素体先共析铁素体先共析铁素体 渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 的形态与转变温度及含碳量的关系的形态与转变温度及含碳量的关系的形态与转变温度及含碳量的关系的形态与转变温度及含碳量的关系 a 奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为0 1级的粗晶粒级的粗晶粒级的粗晶粒级的粗晶粒b 奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为奥氏体晶粒度为7 8级的细晶粒级的细晶粒级的细晶粒级的细晶粒 二二二二 先共析相的形态先共析相的形态先共析相的形态先共析相的形态 1 1 1 1 块块块块状状状状 2 2 2 2 片状或片状或片状或片状或针针针针状状状状 轴状轴状轴状轴状 在晶界或晶内长成的等在晶界或晶内长成的等在晶界或晶内长成的等在晶界或晶内长成的等 沿晶界生长的网状沿晶界生长的网状沿晶界生长的网状沿晶界生长的网状 其长大受扩散控制其长大受扩散控制其长大受扩散控制其长大受扩散控制 新新新新 母相间的界面为母相间的界面为母相间的界面为母相间的界面为 非共格界面非共格界面非共格界面非共格界面 或针状或针状或针状或针状 在晶粒内部长成的片状在晶粒内部长成的片状在晶粒内部长成的片状在晶粒内部长成的片状 或针状或针状或针状或针状 从晶界长出的锯齿片状从晶界长出的锯齿片状从晶界长出的锯齿片状从晶界长出的锯齿片状 与奥氏体的界面是共格或半共格与奥氏体的界面是共格或半共格与奥氏体的界面是共格或半共格与奥氏体的界面是共格或半共格 魏氏组织魏氏组织魏氏组织魏氏组织 先共析铁素体或先共析渗碳体形成先共析铁素体或先共析渗碳体形成先共析铁素体或先共析渗碳体形成先共析铁素体或先共析渗碳体形成网网网网状组织的状组织的状组织的状组织的条件条件条件条件 1 1 1 1 碳碳碳碳含量靠含量靠含量靠含量靠近共析成分近共析成分近共析成分近共析成分 2 2 2 2 奥氏体晶粒奥氏体晶粒奥氏体晶粒奥氏体晶粒较粗较粗较粗较粗大大大大 3 3 3 3 冷却速度冷却速度冷却速度冷却速度较较较较慢慢慢慢 远远远远离共析成分的离共析成分的离共析成分的离共析成分的亚亚亚亚共析钢共析钢共析钢共析钢倾倾倾倾向于形成向于形成向于形成向于形成块块块块状先共析铁素体状先共析铁素体状先共析铁素体状先共析铁素体 亚亚亚亚共析钢共析钢共析钢共析钢 20 20 20 20钢钢钢钢 块块块块状铁素体状铁素体状铁素体状铁素体及及及及珠光体珠光体珠光体珠光体 亚亚亚亚共析钢共析钢共析钢共析钢 50 50 50 50钢钢钢钢 网网网网状铁素体状铁素体状铁素体状铁素体及及及及珠光体珠光体珠光体珠光体 过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 T T T T12121212A A A A钢钢钢钢 网网网网状先共析状先共析状先共析状先共析FeFeFeFe3 3 3 3C C C C及及及及细片状珠光体细片状珠光体细片状珠光体细片状珠光体 3 3 3 3 6 6 6 6 合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变合金钢中其他类型的奥氏体高温分解转变 除除除除珠光体外珠光体外珠光体外珠光体外 还包括还包括还包括还包括 特殊碳化特殊碳化特殊碳化特殊碳化物物物物与铁素体形成的珠光体与铁素体形成的珠光体与铁素体形成的珠光体与铁素体形成的珠光体 纤维纤维纤维纤维状碳化状碳化状碳化状碳化物物物物与铁素体的与铁素体的与铁素体的与铁素体的聚合物聚合物聚合物聚合物 相间相间相间相间沉淀物沉淀物沉淀物沉淀物与铁素体的与铁素体的与铁素体的与铁素体的聚合物聚合物聚合物聚合物 和和和和 不是珠光体转变不是珠光体转变不是珠光体转变不是珠光体转变 但与珠光体转变有关但与珠光体转变有关但与珠光体转变有关但与珠光体转变有关 一一一一 特殊碳化特殊碳化特殊碳化特殊碳化物物物物珠光体珠光体珠光体珠光体 钢中碳化物形成钢中碳化物形成钢中碳化物形成钢中碳化物形成元元元元素先素先素先素先固固固固溶于渗碳溶于渗碳溶于渗碳溶于渗碳 体中形成合体中形成合体中形成合体中形成合金金金金渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体 当其当其当其当其含量含量含量含量达到一达到一达到一达到一 定定定定值值值值时时时时 从奥氏体可从奥氏体可从奥氏体可从奥氏体可直直直直接析出碳化物接析出碳化物接析出碳化物接析出碳化物 二二二二 纤维纤维纤维纤维状碳化物与铁素体的状碳化物与铁素体的状碳化物与铁素体的状碳化物与铁素体的聚聚聚聚合物合物合物合物 这种这种这种这种聚聚聚聚合物的形合物的形合物的形合物的形态较态较态较态较多多多多 其形成条件其形成条件其形成条件其形成条件 目前目前目前目前并并并并不不不不清楚清楚清楚清楚 0 4C 10Cr钢在钢在钢在钢在750 转变转变转变转变10min 后的组织后的组织后的组织后的组织 图中碳化物为图中碳化物为图中碳化物为图中碳化物为Cr13C6 0 2C 4Mo钢在钢在钢在钢在650 转变转变转变转变2h后的组织后的组织后的组织后的组织 复型复型复型复型 象枞树叶象枞树叶象枞树叶象枞树叶 纤维以一个中轴对称排列纤维以一个中轴对称排列纤维以一个中轴对称排列纤维以一个中轴对称排列 特殊碳化物珠光体和普通珠光体的特殊碳化物珠光体和普通珠光体的特殊碳化物珠光体和普通珠光体的特殊碳化物珠光体和普通珠光体的 转变机理转变机理转变机理转变机理 组织形态上组织形态上组织形态上组织形态上 因而性能上也因而性能上也因而性能上也因而性能上也 相同相同相同相同 因此若仅为形成它而大量加入合因此若仅为形成它而大量加入合因此若仅为形成它而大量加入合因此若仅为形成它而大量加入合 金元素没有实际意义金元素没有实际意义金元素没有实际意义金元素没有实际意义 三三三三 相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀组织组织组织组织 w w w wc c c c为为为为0 0 0 0 0 0 0 02 2 2 2 w w w wNb NbNbNb为 为为为0 0 0 0 0 0 0 032 32 32 32 钢钢钢钢 在在在在6 6 6 600000000 等温等温等温等温4 4 4 40mi0mi0mi0min n n n后后后后NbCNbCNbCNbC相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀的分布的分布的分布的分布 垂直垂直垂直垂直于于于于 界界界界面面面面平平平平行于行于行于行于 界界界界面面面面 含强含强含强含强碳碳碳碳 氮氮氮氮 化物形成化物形成化物形成化物形成元元元元素的过冷素的过冷素的过冷素的过冷 在在在在P P P P转变之前或转变过程转变之前或转变过程转变之前或转变过程转变之前或转变过程 中可能中可能中可能中可能发发发发生生生生纳米纳米纳米纳米碳碳碳碳 氮氮氮氮 化物的析出化物的析出化物的析出化物的析出 因因因因析出在析出在析出在析出在 相界相界相界相界面面面面上上上上发发发发生生生生 所以所以所以所以称称称称为相间析出或相间为相间析出或相间为相间析出或相间为相间析出或相间沉淀沉淀沉淀沉淀 InInInInt t t terperperperph h h haseaseasease P P P Prerererecicicicip p p pitititita a a atitititionononon 一一一一 相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀的机的机的机的机理理理理 形核和长大形核和长大形核和长大形核和长大 受合受合受合受合金元金元金元金元素和碳原素和碳原素和碳原素和碳原子子子子的扩散控制的扩散控制的扩散控制的扩散控制 铁素体核先铁素体核先铁素体核先铁素体核先 在奥氏体晶界上形成在奥氏体晶界上形成在奥氏体晶界上形成在奥氏体晶界上形成合合合合金金金金碳化物的核碳化物的核碳化物的核碳化物的核周期地周期地周期地周期地在在在在 界界界界面面面面上形成上形成上形成上形成 随后在铁素体中长大随后在铁素体中长大随后在铁素体中长大随后在铁素体中长大 根据根据根据根据Aaronson Aaronson Aaronson Aaronson 提提提提出不出不出不出不含含含含析出物的铁素体析出物的铁素体析出物的铁素体析出物的铁素体通通通通过过过过台阶沿台阶沿台阶沿台阶沿界界界界面移面移面移面移动动动动 而长大的而长大的而长大的而长大的机理机理机理机理 HoneycombeHoneycombeHoneycombeHoneycombe 提提提提出碳化物在出碳化物在出碳化物在出碳化物在 界界界界面面面面形核和长大形核和长大形核和长大形核和长大 的的的的机机机机制制制制 铁素体长大铁素体长大铁素体长大铁素体长大 相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀的的的的 台阶机台阶机台阶机台阶机制制制制模型模型模型模型 b 高度大而高度大而高度大而高度大而 不均匀的台阶不均匀的台阶不均匀的台阶不均匀的台阶 a 高度小而高度小而高度小而高度小而 均匀的台阶均匀的台阶均匀的台阶均匀的台阶 相间析出碳化物空间分布相间析出碳化物空间分布相间析出碳化物空间分布相间析出碳化物空间分布 相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀碳化碳化碳化碳化物物物物与铁与铁与铁与铁 素体呈一定的晶体学素体呈一定的晶体学素体呈一定的晶体学素体呈一定的晶体学位位位位 向关系向关系向关系向关系 例如例如例如例如 对于等温对于等温对于等温对于等温沉淀沉淀沉淀沉淀的的的的 VC 其其其其位位位位向关系为向关系为向关系为向关系为 100 VC 100 110 VC 100 二二二二 相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀动力学动力学动力学动力学及及及及影响因素影响因素影响因素影响因素 可可可可发发发发生于生于生于生于500 850 的某一的某一的某一的某一范围范围范围范围内内内内 且且且且在某一温度反应速度在某一温度反应速度在某一温度反应速度在某一温度反应速度 最大最大最大最大 其其其其IT图也呈图也呈图也呈图也呈 C 型型型型 其其其其他他他他合合合合金元金元金元金元素的加素的加素的加素的加入入入入和和和和塑塑塑塑性变形性变形性变形性变形会影响会影响会影响会影响相间相间相间相间沉淀沉淀沉淀沉淀动力动力动力动力学学学学 四四四四 合金元合金元合金元合金元素对特殊碳化素对特殊碳化素对特殊碳化素对特殊碳化物物物物形态的影响形态的影响形态的影响形态的影响 大大大大致致致致有以下几个方有以下几个方有以下几个方有以下几个方面面面面 在在在在650 850 基本上基本上基本上基本上只只只只生成相间生成相间生成相间生成相间沉淀沉淀沉淀沉淀组织组织组织组织 在在在在600 850 可同时观可同时观可同时观可同时观察察察察到到到到纤维纤维纤维纤维状碳化物和相间状碳化物和相间状碳化物和相间状碳化物和相间沉淀沉淀沉淀沉淀碳碳碳碳 化物化物化物化物 在在在在600 800 可出现可出现可出现可出现三三三三种组织种组织种组织种组织 五五五五 高温区高温区高温区高温区直接直接直接直接转变转变转变转变产物产物产物产物的机械性能的机械性能的机械性能的机械性能 含强含强含强含强碳化物形成碳化物形成碳化物形成碳化物形成元元元元素的低合素的低合素的低合素的低合金亚金亚金亚金亚共析钢在高温区共析钢在高温区共析钢在高温区共析钢在高温区直直直直接转变后接转变后接转变后接转变后 其其其其强强强强化化化化机理机理机理机理有有有有 晶界晶界晶界晶界强强强强化化化化 通通通通过控制热过控制热过控制热过控制热扎扎扎扎和和和和弥弥弥弥散分散分散分散分布布布布的碳化物的碳化物的碳化物的碳化物钉扎钉扎钉扎钉扎晶界晶界晶界晶界 以以以以防再防再防再防再结晶和晶粒长大结晶和晶粒长大结晶和晶粒长大结晶和晶粒长大 固固固固溶溶溶溶强强强强化化化化 由于碳和合由于碳和合由于碳和合由于碳和合金元金元金元金元素都用于形成碳化物素都用于形成碳化物素都用于形成碳化物素都用于形成碳化物 因因因因此该此该此该此该 作用作用作用作用较弱较弱较弱较弱 弥弥弥弥散散散散强强强强化化化化 可用可用可用可用OrowanOrowanOrowanOrowan AshbyAshbyAshbyAshby模型模型模型模型解解解解释释释释 3 3 3 3 7 7 7 7 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火和正火 退退退退火和火和火和火和正正正正火是生火是生火是生火是生产上应产上应产上应产上应用用用用广泛广泛广泛广泛的一种的一种的一种的一种热热热热处处处处理工艺理工艺理工艺理工艺 一般一般一般一般作作作作为为为为毛坯毛坯毛坯毛坯件的件的件的件的预备热预备热预备热预备热处处处处理理理理 其其其其目目目目的的的的在于在于在于在于改善改善改善改善组织组织组织组织 调整调整调整调整硬度和硬度和硬度和硬度和改善改善改善改善加加加加工工工工性能性能性能性能 为为为为后后后后续续续续工序工序工序工序 如切削如切削如切削如切削加加加加工工工工 淬火等淬火等淬火等淬火等 做做做做好组织好组织好组织好组织准备准备准备准备 对于一些对于一些对于一些对于一些受受受受力不大力不大力不大力不大 性能要性能要性能要性能要求求求求 不高的机不高的机不高的机不高的机器零器零器零器零件件件件 退退退退火和火和火和火和正正正正火火火火也也也也可可可可作作作作为最为最为最为最终热终热终热终热处处处处理理理理 而而而而 对于对于对于对于铸铸铸铸件件件件 退退退退火和火和火和火和正正正正火通常就是最火通常就是最火通常就是最火通常就是最终热终热终热终热处处处处理理理理 一一一一 钢的钢的钢的钢的退退退退火火火火 退火退火退火退火 是将钢加热到是将钢加热到是将钢加热到是将钢加热到适适适适当的温当的温当的温当的温 度度度度 经经经经过保温后以过保温后以过保温后以过保温后以适适适适当的速度冷当的速度冷当的速度冷当的速度冷 却却却却 以降低以降低以降低以降低硬硬硬硬度度度度 改善改善改善改善组织组织组织组织 提提提提 高加工性的一种热高加工性的一种热高加工性的一种热高加工性的一种热处理处理处理处理工艺工艺工艺工艺 基本特点基本特点基本特点基本特点 加热温度在加热温度在加热温度在加热温度在AcAcAcAc1 1 1 1以上以上以上以上 冷速慢冷速慢冷速慢冷速慢 得到珠光体得到珠光体得到珠光体得到珠光体类类类类组织组织组织组织 根据加根据加根据加根据加热热热热温度和温度和温度和温度和目目目目的的不的的不的的不的的不 同同同同 可将可将可将可将退退退退火分为火分为火分为火分为 扩散退扩散退扩散退扩散退火火火火 完全完全完全完全退退退退火火火火 不不不不 完全完全完全完全退退退退火火火火 球化球化球化球化退退退退火火火火 再结再结再结再结晶晶晶晶 退退退退火和火和火和火和去应去应去应去应力力力力退退退退火火火火 一一一一 完全完