热处理原理培训讲稿.ppt

1、第3章珠光体转变，目录，第1章钢的加热转变，第2章过冷奥氏体转变图，第4章贝氏体转变，第5章马氏体转变，第6章钢的回火转变，第7章钢的热处理工艺，第1、2、2章铁-碳合金缓冷后的显微组织在铁-碳二元合金体系中，含碳量小于2.11%的合金称为钢，含碳量为0.77%的钢称为共析钢。碳含量低于0.77%的钢称为亚共析钢。含碳量超过0.77%的钢被称为过共析钢。室温下，共析钢的显微组织为珠光体(Fe3C)。亚共析钢的显微组织为先共析铁素体珠光体。过共析钢的显微组织为二次渗碳体珠光体。1.奥氏体核的形成(Fe3C)0.0218% C6.69 % C0.77 % Cbody-centric立方奥氏体核容易

2、在铁素体和渗碳体的界面上形成。其原因如下：(1)铁素体和渗碳体界面上的碳原子浓度差异较大，有利于获得形成奥氏体核所需的碳浓度；1-2奥氏体形成的机理，4。(2)在铁素体和渗碳体的界面上，原子的排列是不规则的，铁原子可能通过短程扩散从旧相的晶格转移到新相的晶格，促进奥氏体成核；(3)铁素体和渗碳体界面处的形核是在已有的界面上进行的，只是将原来的界面变成了新的界面，所以界面总能量变化不大，应变能需要增加很少，两相界面处的变形能较高。5、2、奥氏体晶体生长的新相界面(奥氏体/铁素体、奥氏体/渗碳体)；碳浓度差，5。亚共析钢中奥氏体的形成。残余碳化物的溶解，铁素体向奥氏体的更快溶解；加热时间延长。第四

3、，奥氏体成分的均匀化是由一定的加热速度引起的；适当的保温时间；原子扩散，6，7，图1-2等温奥氏体形成动力学曲线(示意图)，图1-3共析碳钢的等温奥氏体形成图，8，从图1-2和1-3可以看出：(1)当温度保持高于Ac1时，奥氏体不会立即形成，但在一定的保温时间后开始形成。温度越高，潜伏期越短。(2)奥氏体形成速率在整个过程中是不同的，开始是缓慢的，然后逐渐增加。当奥氏体形成量超过50%时，速率开始再次减慢。(3)温度越高，奥氏体形成所需的总时间越短，即奥氏体形成速度越快。(4)残余碳化物的溶解，特别是成分的均匀化，在整个奥氏体形成过程中花费的时间最长。固有晶粒度：根据冶金部YB27-64，高温

4、奥氏体的晶粒度是在室温下，将钢加热到93010，保持38小时，然后适当冷却后测得的。它代表了各种钢的奥氏体晶粒的生长趋势。那些晶粒易于生长的被称为本征粗晶粒钢，而那些晶粒不易于生长的被称为本征细晶粒钢。YB27-77晶粒度标准规定奥氏体晶粒度分为八个等级，第一等级最厚，第八等级最小。如果粒度小于8级，可确定为9级、10级等。如果比一级厚，可以表示为0级和-1级。具有58级固有晶粒尺寸的钢被称为本征细晶粒钢，11，12，图1-4奥氏体晶粒生长过程示意图，13，图1-5本征粗晶粒钢和本征细晶粒钢的奥氏体晶粒生长示意图，14，15，将一些共析碳钢小样品加热至奥氏体状态，保持一定时间，然后快速冷却至A

5、1点以下的不同温度，例如700，650和650。然后，用金相-硬度法测定在给定温度下等温处理一定时间后转变产物的类型和转变百分比，并将结果绘制成曲线，即过冷奥氏体的等温转变动力学曲线。2.当等温温度从点A1逐渐降低时，相变的潜伏期逐渐缩短，相变速度加快。当温度下降到一定温度时，潜伏期最短，转化速度最快，通常称为C曲线的鼻点或拐点；当温度再次下降时，潜伏期延长，转化速度减慢。19，3。碳钢在其碳曲线前端有一个过冷奥氏体的高温转变区，形成珠光体；在机头和Ms点之间，有一个中温转变区形成贝氏体；低温转变区低于Ms点，形成马氏体。4.总的来说，当奥氏体转变为珠光体时，转变速度随着时间的增加而增加，但5

6、0%转变后，转变速度逐渐降低，直至转变完成。20，图2-3亚共析钢过冷奥氏体等温转变图(0.54)，图2-4过共析钢过冷奥氏体等温转变图(1.13)，22，2。影响奥氏体等温转变图的因素1。碳含量的影响。合金元素的影响。加热条件的影响24，2。过冷奥氏体连续冷却转变图分析，图2-6共析碳钢、25连续冷却转变图，其中连铸线为转变停止线；Vc是所有过冷奥氏体不分解的最小冷却速率，但当过冷度低于Ms点时会发生马氏体相变，这称为上临界冷却速率，通常也称为临界冷却速率或临界淬火速率。Vc是过冷奥氏体完全转变为珠光体的最大冷却速率，称为较低临界冷却速率。图2-7冷却速度对共析碳钢1-珠光体转变起始线奥氏体

7、转变温度区(a)和转变产物(b)的影响；2-珠光体转变终点；3-珠光体转变停止线；4-马氏体转变起始线；5-马氏体转变终点，27连续冷却转变曲线，3，亚共析碳钢，图2-8 0.30%碳钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930；时间：30分钟，28，图2-9 0.90%碳钢奥氏体化温度：930的连续冷却转变曲线；时间：30分钟，29，30，图3-1共析碳钢(0.8%碳，0.76%锰)的碳曲线，(31，32，33，图3-4片层珠光体和珠光体团示意图)珠光体片层间距；b)珠光体团，34，根据片层间距大小可细分为以下三种类型：(1)珠光体：形成于A1650范围内，片层较厚，平均片层间距大于0.3m，在放

8、大400倍以上的光学显微镜下即可区分；(2)索氏体：在650，600范围内形成，薄片细小，平均薄片间距为0.10.3米，可在放大1000倍以上的光学显微镜下分辨；(3)金莲花：形成于600，550范围内，片晶细小，平均片晶间距小于0.1m。即使在高倍光学显微镜下，也无法区分片晶，只有在电子显微镜下才能区分。珠光体的力学性能，图3-5珠光体形成温度对片层间距和团簇直径的影响，图3-6珠光体团簇直径和片层间距对断裂强度的影响，图3-7珠光体团簇直径和片层间距对面积收缩率的影响，较小的珠光体团簇直径和片层间距，强度，38，图3-8不同结构共析碳钢的应力应变图1-片状珠光体2-粒状珠光体。在退火状态下

9、，对于含碳量相同的钢，粒状珠光体的强度和硬度低于片状珠光体，其塑性、可加工性和淬火加工性优于片状珠光体。39，40，1。珠光体成核，图3-9，片状珠光体成核和生长过程示意图，41，2。珠光体晶核1的生长。协同生长(1)纵向生长，图3-10，片状珠光体形成过程中碳原子扩散示意图，42，(2)横向生长2。分支生长，43，3，sub。44，45，图4-1共析碳钢(0.8%碳，0.76%锰)的碳曲线，46，2。下贝氏体处于贝氏体转变温度范围内，形成贝氏体下贝氏体的典型组织形态为：三维空间中的透镜状片状组织；在光学显微镜下，它是黑色的针或竹叶。图4-2碳化物的晶格模型，碳化物为紧密堆积的六方晶格，其化学

10、式可写成Fe2.4C粒状贝氏体粒状贝氏体是低碳或中碳合金钢以一定速度连续冷却获得的显微组织，其形成温度略高于上贝氏体，接近奥氏体转变为贝氏体的最高温度Bs。粒状贝氏体的显微组织以分布在块状(等轴)铁素体中的一些岛状富碳奥氏体区为特征。在连续冷却过程中，岛状富碳奥氏体区可能有以下三种情况：(1)部分或完全分解为铁素体和碳化物；(2)部分转变为马氏体，一种由马氏体和残余奥氏体组成的岛状结构，称为马氏体-奥氏体结构；(3)将它们全部保持在室温下。49，二。贝氏体的特性和特性：图4-3贝氏体形成温度对碳化物分散性(a)和铁素体晶粒尺寸(b)的影响；图4-4碳化物分散性(a)和铁素体晶粒尺寸(b)对贝氏

11、体强度的影响；50.上贝氏体形成温度高，铁素体和渗碳体在板条束中分布明显，这种组织对裂纹扩展阻力小，铁素体板条可作为裂纹扩展通道，其塑性和韧性低于屈氏体。下贝氏体的形成温度低。贝氏体中的铁素体片细小且为位错亚结构，碳化物的分散度也较大。与上贝氏体相比，它不仅强度高，而且韧性好。贝氏体转变的基本特征贝氏体形成的温度有一个上限，即Bs点。2.贝氏体转变也是一个形核和长大的过程，以铁素体为主导相。3.当贝氏体形成时，铁和合金元素的原子不会扩散，奥氏体以剪切凝聚的方式转变为铁素体，因此贝氏体形成时会出现表面起伏。然而，当贝氏体形成时，碳原子可以扩散。53，4。无论是上贝氏体还是下贝氏体，铁素体与母奥氏

12、体的晶体尺寸关系都遵循K-S关系。上贝氏体中铁素体的习惯表面为111；下贝氏体中铁素体的习惯面为225。5.贝氏体的转变速度比马氏体慢得多。6.对于碳钢，只要等温温度降低到一定温度，奥氏体就可以完全转变为贝氏体；然而，对于许多合金钢来说，即使等温温度降低到非常低的温度，奥氏体也不能完全转变，一些奥氏体仍然存在。7.贝氏体转变可能与珠光体转变或马氏体转变重叠。54，55，图5-1共析碳钢(0.8%C，0.76%Mn)的C曲线，56，图5-1马氏体晶格中碳原子可能位置的示意图，其可能在由铁原子组成的八面体间隙中。57，图5-2由马氏体晶格中碳原子的可能位置组成的亚晶格，即：体中心正方形；C/a被称

13、为马氏体的垂直度。58，2。马氏体晶格常数与碳含量的关系，图5-3碳含量对马氏体晶格常数的影响，59。2.马氏体相变的主要特征1。剪切一致性和表面起伏，图5-4马氏体转变引起的钢的表面起伏，60，图5-5马氏体形成引起的表面倾斜，61，图5-6马氏体和整个相界面相互约束，这被称为“剪切相干”界面。马氏体相变的非扩散性马氏体相变的非扩散性有以下实验证据：(1)碳钢中的碳浓度在马氏体相变前后没有变化，奥氏体和马氏体的成分是相同的，只是发生了晶格重组：(1)Fe(C)-Fe(C)面心立方；(2)马氏体相变可以在相当低的温度范围内进行，而且相变速度极快。，63，64，图5-8钢中马氏体在(111)平面

14、上形成时的可能取向，65，锡山关系(111)(110)；11-2-110根据西山关系，马氏体在每个111平面上只能有三种不同的取向，因此总共只有12种可能的马氏体取向。图5-9西山关系图，66，图5-10西山关系与钾硫关系的比较，67，68，3。马氏体相变在一个温度范围内完成，图5-11马氏体相变量与温度的关系，Ms马氏体相变起始温度；Mf马氏体相变的终点；a和b保留奥氏体。马氏体转变的可逆性在一些铁合金中，奥氏体被冷却并转变成马氏体，当再加热时，所形成的马氏体可以相对于马氏体转变成奥氏体，这是马氏体转变的可逆性。通常，从马氏体到奥氏体的直接转变称为反向转变。反转的起点表示为As，反转的终点表

15、示为Af。一般来说，砷的温度高于锰的温度。70，71，图5-12板条马氏体微观结构的结晶特征示意图，72。目前认为板条马氏体有两种三维形态：(1)横截面为椭圆形和扁平状，abc，一般A比b大10倍以上；(2)横截面为矩形和薄abc。板条马氏体的亚结构主要是高密度纠缠位错，位错密度一般为0.30.91012厘米/立方厘米。片状马氏体片状马氏体是铁系列合金中另一种典型的马氏体结构，如中高碳钢和高镍铁镍合金。对于碳钢，片状马氏体仅在1.0时存在，在1.0时与板条马氏体共存。片状马氏体与母奥氏体之间的晶体学尺寸关系为K-S关系或西山关系，常规表面为(225)或(259)。74，图4-13片状马氏体，75，图4-14片状马氏体的显微结构示意图，在马氏体片的中间总是有一个明显的肋，称为中间脊。它的厚度一般约为0.51米，是一个112型孪晶。片状马氏体的亚结构主要是平行的微小孪晶。1.马氏体的硬度和强度马氏体在钢中最重要的特征是高硬度和高强度。图4-15硬化钢77的硬度和碳含量之间的关系。马氏体强度和硬度高的原因如下：(1)固溶强化：过饱和碳原子是马氏体中的间隙溶液，引起强烈的方形畸变，形成以碳原子为中心的应力场。该应力场与位错相互作用，显著强化马氏体。(2)亚结构强化：板条马氏体中的高密度位错和片状马氏体中的细小孪晶产生亚结构强化。(3)时效强化：在马氏体形成过程中发生自回火，导致碳