钢在加热时的转变

1、第一节第一节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变o 一、钢的临界转变温度一、钢的临界转变温度o 二、奥氏体的形成二、奥氏体的形成及影响因素及影响因素o 三三、影响奥氏体晶粒大小的因素、影响奥氏体晶粒大小的因素o 四、主要的加热缺陷四、主要的加热缺陷平衡转变温度：平衡转变温度：A1、 A3、Acm实际加热时转变温度：实际加热时转变温度：Ac1、 Ac3、Accm 实际冷却时转变温度：实际冷却时转变温度：Ar1、Ar3、Arcm1 临界转变温度临界转变温度q形核：铁素体和渗碳体相界面有利于形核（能量形核：铁素体和渗碳体相界面有利于形核（能量相界面相界面原子排列不规则处于高能状态；浓度原子排列

2、不规则处于高能状态；浓度FeFe3 3C C高碳区为形核提高碳区为形核提供所需的碳原子）供所需的碳原子）q奥氏体晶核长大：晶核形成后，处于奥氏体晶核长大：晶核形成后，处于F F 与与FeFe3 3C C与之间的与之间的A A，两侧碳浓度不同，致使碳原子不断自高碳侧向低碳侧扩散，两侧碳浓度不同，致使碳原子不断自高碳侧向低碳侧扩散，促使促使FeFe3 3C C不断溶解，不断溶解，A A不断向两侧扩展而长大。与此同时又有不断向两侧扩展而长大。与此同时又有新的晶核产生和不断长大，直至新的晶核产生和不断长大，直至A A晶粒彼此相碰，珠光体全部晶粒彼此相碰，珠光体全部消失为止。消失为止。2 奥氏体形成过程

3、奥氏体形成过程q由于铁素体由于铁素体F F的碳浓度与结构和奥氏体的碳浓度与结构和奥氏体A A接近，故铁接近，故铁素体先消失，而在所形成的奥氏体中尚有未溶解的素体先消失，而在所形成的奥氏体中尚有未溶解的渗碳体存在。渗碳体存在。q此时奥氏体的平均碳浓度低通过保温，剩余渗碳体此时奥氏体的平均碳浓度低通过保温，剩余渗碳体的原子扩散，使奥氏体中的碳浓度均匀化。的原子扩散，使奥氏体中的碳浓度均匀化。A形核形核 A晶核晶核长大长大 剩余剩余Fe3C溶解溶解 A均匀化均匀化A形成包括四个阶段：形成包括四个阶段： 未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C P（ Fe3C）Wc%: 0.02 6.69 0.77晶格：晶格

4、：b.c.c 复杂晶格复杂晶格 f.c.c As（ ）Ac1Wc（）（）spA1Ac1A（ ）（ Fe3C）P0.77Fe2.1 共析钢奥氏体形成过程共析钢奥氏体形成过程转变是靠铁、碳原子的扩散和铁原子的晶格改组来完成的。o 非共析钢加热后的奥氏体要分两步完成：非共析钢加热后的奥氏体要分两步完成：n 第一步是加热到第一步是加热到Ac1以上，完成珠光体的奥氏体化；以上，完成珠光体的奥氏体化；n 第二步是继续加热至第二步是继续加热至Ac3 或或Acc 以上，完成铁素以上，完成铁素体或二次渗碳体的奥氏体化。体或二次渗碳体的奥氏体化。o 由此可见，对于非共析钢要获得单一奥氏体相，必须加由此可见，对于非

5、共析钢要获得单一奥氏体相，必须加热到热到Ac3 或或Acc以上，才能完成全部奥氏体化。以上，才能完成全部奥氏体化。2.2 亚（过）共析钢奥氏体（亚（过）共析钢奥氏体（A）形成）形成 若亚共析钢加热到若亚共析钢加热到Ac1Ac3之间（两相区），获得之间（两相区），获得AF组织；过共析钢加热到组织；过共析钢加热到Ac1Accm之间（两相区），之间（两相区），获得获得AFe3C组织，此时称为组织，此时称为不完全奥氏体化加热不完全奥氏体化加热。 将亚共析钢和过共析钢分将亚共析钢和过共析钢分别加热到别加热到Ac3或或 Accm以上完全以上完全转变为转变为A，此时称为，此时称为完全奥氏完全奥氏体化加热体化

6、加热。Ac3AccmAc1完全奥氏体化加热完全奥氏体化加热与与不完全奥氏体化加热不完全奥氏体化加热 :2.3.1 加热温度加热温度2.3 影响奥氏体形成的因素影响奥氏体形成的因素加热温度越高加热温度越高奥氏体形成速度加奥氏体形成速度加快，转变所需要的快，转变所需要的时间也越短时间也越短AAAAAA时间时间/s温度温度/ A A A A A A 32142.3.2 加热速度加热速度加热速度越快加热速度越快奥氏体形成速度加快，奥氏体形成速度加快，转变所需要的时间也转变所需要的时间也越短越短dcTdTcdcbaTbTaab珠光体珠光体A1时间时间温度温度奥氏体奥氏体Ac1v1v22.3.3 钢的原始

7、组织钢的原始组织 Fe3 C片间距片间距 界面多，形核多界面多，形核多 转变快转变快 片层状珠光体比粒状珠光体更易于形成片层状珠光体比粒状珠光体更易于形成AFe3C的形状和大小影响的形状和大小影响 A的形成。的形成。2. 合金元素：合金元素：2.3.4 化学成分的影响化学成分的影响1. 碳：碳：含碳量升高含碳量升高奥氏体的形成速度加快奥氏体的形成速度加快 （2）影响碳在奥氏体中的扩散速度。除）影响碳在奥氏体中的扩散速度。除Co、Ni外，外， 均减均减慢奥氏体形成速度。慢奥氏体形成速度。合金钢的加热保温时间更长。合金钢的加热保温时间更长。 （1）改变钢的临界点温度。如）改变钢的临界点温度。如 N

8、i、Mn降低，降低，Cr、W、Mo、V、Ti等提高临界点等提高临界点奥氏体形成温度升高。奥氏体形成温度升高。3.1 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度3 奥氏体的晶粒大小的控制奥氏体的晶粒大小的控制12Nn 式中：式中：n-放大放大100倍时，每平方英寸倍时，每平方英寸 (6.45cm2)面积内观察到的平均晶粒数。面积内观察到的平均晶粒数。N-晶粒度级别晶粒度级别通常通常14级为粗晶粒，级为粗晶粒，58级为细晶粒，级为细晶粒，8级级以外的晶粒称为超细晶粒。以外的晶粒称为超细晶粒。标准晶粒度等级图标准晶粒度等级图1. 起始晶粒度起始晶粒度 刚完成刚完成PA转变的转变的A晶粒大小。晶粒大小。 2. 实际晶粒

9、度实际晶粒度 在某一具体加热条件下得到的在某一具体加热条件下得到的 奥氏体晶粒大小。奥氏体晶粒大小。3. 本质晶粒度本质晶粒度 反映了奥氏体晶粒长大的倾向性。反映了奥氏体晶粒长大的倾向性。 本质细晶粒钢本质细晶粒钢：随加热温度升高晶粒不易长大，如用随加热温度升高晶粒不易长大，如用Al脱氧的钢脱氧的钢 根据本质晶粒度的大小分为两种钢：根据本质晶粒度的大小分为两种钢：本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢：随加热温度升高晶粒容易长大，如用随加热温度升高晶粒容易长大，如用Si或或Mn脱氧的钢脱氧的钢 AcAc1 1本质细晶粒钢本质细晶粒钢本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢温度温度晶粒尺寸晶粒尺寸钢的本质晶粒度示意图钢的本质

10、晶粒度示意图1. 加热温度与保温时间加热温度与保温时间加热温度加热温度或保温时间或保温时间 A实际晶粒就越大实际晶粒就越大3.2 奥氏体晶粒大小的影响因素奥氏体晶粒大小的影响因素3. 钢的含碳量钢的含碳量含碳量含碳量 ，亚共析钢易长大，过共析钢不易长大（有，亚共析钢易长大，过共析钢不易长大（有未溶未溶Fe3C），共析钢最易长大。），共析钢最易长大。2. 加热速度加热速度在保证奥氏体成分均匀化的前提下，快速加热、短时在保证奥氏体成分均匀化的前提下，快速加热、短时保温能够获得细小的奥氏体晶粒。如感应加热淬火保温能够获得细小的奥氏体晶粒。如感应加热淬火 4. 第二相第二相高熔点的弥散碳化物和氮化物，

11、能阻碍晶粒长大。高熔点的弥散碳化物和氮化物，能阻碍晶粒长大。5. 原始组织原始组织 原始组织愈细，碳化物弥散度越大，晶粒原始组织愈细，碳化物弥散度越大，晶粒 越细小，越细小，奥氏体形核率高，则奥氏体形核率高，则A起始晶粒就越细小。起始晶粒就越细小。o 氧化：氧化：高温作用下表面铁原子与加热介质中的氧、二氧化碳和水分子发生氧化反应，或者合金元素与氧化性介质在晶界氧化。o 脱碳：脱碳：保温过程中钢中固溶的碳原子与炉气中的氧、二氧化碳、水分子等发生反应，使表层的碳浓度降度。o 过热：过热：加热温度过高或者时间过长，晶粒显著粗大，使得性能变差的现象称为过热，过热可以挽救。o 过烧：过烧：加热温度继续升高，奥氏体晶界严重氧化，甚至熔化，