第二节 钢在热处理加热和冷却时的组织转变

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1、第二节钢在热处理加热和冷却时的组织转变在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。加热转变、冷却转变（等温冷却转变、连续冷却转变） 一、钢在热处理加热与保温时的组织转变   ——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。    加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P→A）；   加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F→A）；   加热至Accm以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3CI→A

2、）1、奥氏体的形成过程   共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。工程材料及成形工艺基础 共析钢奥氏体化过程亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化2、奥氏体的晶粒大小奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧

3、性比较高。  [奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。工程材料及成形工艺基础4级5级  6级7级奥氏体的标准晶粒度  ×100倍    [本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。   [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。3、影响奥氏体晶

4、粒大小的主要因素    热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。   钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。   原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。加热转变、冷却转变（等温冷却转变、连

5、续冷却转变） 二、钢在冷却时的组织转变冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。奥氏体冷却降至A1以下时（A1以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将发生组织转变。热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。 45钢经840℃加热在不同条件冷却后的力学性能冷却方法抗拉强度/MPa屈服点/MPa断后伸长率/％断面收缩率/％硬度/HRC随炉冷却53028032.549.315～18空气中冷却670～720

6、34015～1845～5018～24油中冷却90062018～204840～50水中冷却11007207～812～1452～601、等温冷却转变 [等温冷却转变]：钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点(Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。 [等温转变曲线]：可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“TTT图”，T——time，T——temperature，T——transformation”，又称为“C曲线”。工程材料及成形工艺基础共析钢的等温

7、转变图建立过程示意图（TTT曲线，C曲线）  等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A1线以下不同温度进行等温转变所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。 [高温转变]：转变温度范围为A1～550℃，获片状珠光体型（F+P）组织。 依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高，塑性也有所改善。[中温转变]：转变温度范围为550℃～MS，此温度下转变获贝氏体型组织，贝氏体型组织是由过饱和的铁

8、素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状；350～MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。工程材料及成形工艺基础珠光体转变贝氏体