固态相变与金属热处理

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1、7固态相变与金属热处理7.1固态相变概述7.2钢的热处理原理7.3钢的热处理工艺7.1固态相变概述7.1.1固态相变的概念相变是一种非常普遍的现象，如物质三态的相互转化、固态物质内部结构的转变等都属于相变的范畴。固体材料的组织、结构在温度、压力、成分改变时所发生的转变称为固态相变。7.1.1固态相变的概念固态相变包含相结构的变化、成分的变化和有序程度的变化。如金属的同素异构转变只有相结构的变化，单相固溶体的增幅分解（调幅分解）只有成分变化而无相结构的变化，合金的有序化转变只有原子排列有序程度的变化。复杂的固态相变则是相结构和成分变化的综合，甚至

2、也有有序程度的变化。7.1.1固态相变的概念表7-1固态相变的种类和特征7.1.2相变的分类1.按相变热力学特征分类根据相变前后热力学函数的变化特征，可将相变分为一级相变和二级相变。由相转变为相时，平衡两相的吉布斯自由能和化学位应相等，即，但两相的吉布斯自由能对压力和温度的一阶偏导数不相等，这种相变称为一级相变，即：7.1.2相变的分类1.按相变热力学特征分类若相变时，，，并且两相的吉布斯自由能对压力和温度的一阶偏导数相等，但两相吉布斯自由能对压力和温度的二阶偏导数不相等，这种相变称为二级相变，即7.1.2相变的分类2.按相变动力学特征分类按相

3、变过程的动力学特征可将固态相变分为扩散型相变和非扩散型相变。依靠原子（或离子）的扩散来进行的相变称为扩散型相变。对于合金来说，相变的结果可以改变相的成分，如共析转变、过饱和固液体的分解等。非扩散型相变时，没有原子的扩散运动，原子（或离子）仅作有规则的迁移使点阵发生改组。合金相变时没有成分的变化。马氏体转变即为非扩散型相变。7.2钢的热处理原理热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。图7-1热处理工艺曲线示意图7.2.1钢在加热时的转变1.转变临界温度实际热处理加热和冷却时的相变是在

4、不完全平衡的条件下进行的，相变温度与平衡相变点之间有一定差异。加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，而且加热和冷却速度愈大偏差愈大。图7-2加热和冷却速度对临界点的影响7.2.1钢在加热时的转变2.奥氏体的形成（1）奥氏体的形成过程钢加热时奥氏体的形成过程包括生核和长大两个基本过程。以共析钢为例，珠光体向奥氏体的转变，包括奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化等过程。7.2.1钢在加热时的转变（1）奥氏体的形成过程图7-3共析钢奥氏体形成过程示意图7.2.1钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转变的因素①加热温度

5、图7-5共析钢的奥氏体化曲线7.2.1钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转变的因素②加热速度图7-6加热速度对奥氏体转变的影响7.2.1钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转变的因素③钢中碳质量分数④合金元素⑤原始组织7.2.1钢在加热时的转变3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体晶粒细时，退火组织亦细，则强度、塑性、韧性较好；淬火马氏体也细，因而韧性得到改善。图7-7奥氏体晶粒大小对转变产物晶粒大小的影响3.奥氏体的晶粒度及其影响因素（1）奥氏体晶粒度生产上一般采用标准晶粒度等级图用比较的方法来测定钢的奥氏体晶粒大小。晶粒度通常分8级，1—4级为粗晶

6、粒度；5—8级为细晶粒度；超过8级的为超细晶粒度。3.奥氏体的晶粒度及其影响因素（1）奥氏体晶粒度图7-8标准晶粒度等级示意图3.奥氏体的晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度有两种：①实际晶粒度②本质晶粒度原冶金工业部标准中规定，钢加热到930℃±10℃，保温8h，冷却后测得的晶粒度为本质晶粒度。图7-9本质细晶粒和本质粗晶粒3.奥氏体的晶粒度及其影响因素（2）影响奥氏体晶粒度的因素①加热温度和保温时间②钢的成分图7-10奥氏体形成及其晶粒长大示意图7.2.2钢在冷却时的转变冷却的方式通常有两种：（1）等温处理将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进

7、行保温，使其在该温度下恒温转变。（2）连续冷却将钢以某种速度连续冷却，使其在临界点以下变温连续转变。7.2.2钢在冷却时的转变1.过冷奥氏体的等温转变（1）共析钢过冷奥氏体的等温转变图7-11共析钢等温转变图（1）共析钢过冷奥氏体的等温转变共析钢过冷奥氏体等温转变C曲线包括三个转变区：①高温转变在A1～550℃之间，转变产物为珠光体，此温区称珠光体转变区。②中温转变在550℃～Ms之间，过冷奥氏体的转变产物为贝氏体（B），此温区称贝氏体转变区。③低温转变温度低于Ms点（230℃），过冷奥氏体的转变产物为马氏体（M），因此低温转变区称为马氏体转变

8、区。（2）非共析钢过冷奥氏体的等温转变与共析钢C曲线不同的是，亚共析钢C曲线在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减