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1、关于钢的过冷奥氏体转变图第一张，PPT共四十九页，创作于2022年6月过冷奥氏体连续转变图（过冷奥氏体连续转变图（CT）CT图也称图也称 CCT图（连续转变图，图（连续转变图，Continuous-Cooling-Fransformation）能比较接近实际热处理冷却条件，应用更方便）能比较接近实际热处理冷却条件，应用更方便有效有效。第二张，PPT共四十九页，创作于2022年6月1.钢加热到钢加热到A状态，用不同的介质，状态，用不同的介质，A在不同的过冷度下转变的产在不同的过冷度下转变的产物（物（P、B、M或它们的混合组织）的组织与性能有很大差别，或它们的混合组织）的组织与性能有很大差别，导致
2、钢材最终性能的多种多样。导致钢材最终性能的多种多样。2.钢的过冷钢的过冷A转变动力学图是研究某一成分的钢在过冷转变动力学图是研究某一成分的钢在过冷A转变转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。产物与温度、时间的关系及其变化规律。为什么要研究过冷奥氏体转变图为什么要研究过冷奥氏体转变图第三张，PPT共四十九页，创作于2022年6月3.奥氏体的冷却条件分两大类：奥氏体的冷却条件分两大类：1）平衡冷却条件平衡冷却条件 特征：特征：不考虑时间因素的极其缓慢的冷却。不考虑时间因素的极其缓慢的冷却。FeFe3C相图就是相图就是这样获得的。这样获得的。2）非平衡冷却条件）非平衡冷却条件 特征：特征：受时间因
3、素的影响在人们的生产实践中，更多遇到受时间因素的影响在人们的生产实践中，更多遇到的是非平衡冷却条件的相变，掌握过冷的是非平衡冷却条件的相变，掌握过冷A的非平衡冷却条的非平衡冷却条件下的转变规律，对热处理生产指导意义更直接。件下的转变规律，对热处理生产指导意义更直接。第四张，PPT共四十九页，创作于2022年6月本章主要介绍过冷本章主要介绍过冷A等温转变图和连续冷却转变图及其内在联系。等温转变图和连续冷却转变图及其内在联系。这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材和预测热处理后零件这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材和预测热处理后零件性能的重要理论依据之一。性能的重要理论依据之一。第五张，P
4、PT共四十九页，创作于2022年6月一一.IT图的建立图的建立 常用的方法有常用的方法有:金相硬度法金相硬度法 膨胀法膨胀法 磁性法磁性法 电阻法电阻法第六张，PPT共四十九页，创作于2022年6月 金相硬度法：金相硬度法：是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。它是将一组试样（它是将一组试样（1015mm，厚度，厚度1.5mm左右，数量左右，数量510个）个）加热奥氏体化加热奥氏体化迅速冷却到各个不同的等温温度（置于导热性好迅速冷却到各个不同的等温温度（置于导热性好的熔融金属或盐溶炉）的熔融金属或盐溶炉）在每个温度保温（停留）不同时间后淬在每个
5、温度保温（停留）不同时间后淬火（淬入盐水中）火（淬入盐水中）在在500倍金相显微镜下观察其分解产物和转倍金相显微镜下观察其分解产物和转变量，当分解产物出现变量，当分解产物出现12时，所对应的保温就认为在该保温时，所对应的保温就认为在该保温温度的转变开始时间。当分解产物达温度的转变开始时间。当分解产物达98时间为转变终了时间。时间为转变终了时间。第七张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图图1 共析碳钢共析碳钢IT曲线测试示意图曲线测试示意图第八张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图图1 共析碳钢共析碳钢IT图图第九张，PPT共四十九页，创作于2022年6月 二、二、过冷过冷A等温转变
6、图的基本形式等温转变图的基本形式 1.1.结构结构:1 1）A A1 1是临界点；是临界点；2 2）转变开始线左方是过冷）转变开始线左方是过冷A A区；区；3 3）转变结束线右方是转变结束区（）转变结束线右方是转变结束区（P P或或B B）；）；4 4）两线之间是转变过渡区：）两线之间是转变过渡区：APAP转变的转变的A AP P区；区；ABAB转变的转变的A AB B区。区。5 5）水平线）水平线MsMs为马氏体转变开始温度，其下为马氏体转变开始温度，其下方为马氏体转变区。这是一幅比较简单的方为马氏体转变区。这是一幅比较简单的过冷过冷A A等温转变图。等温转变图。第十张，PPT共四十九页，创
7、作于2022年6月2.特点：特点：1 1）过冷）过冷A A在不同温度在不同温度(T)(T)的等温分解时都有一个孕的等温分解时都有一个孕育期育期t,t,孕育期随等温温度孕育期随等温温度T T的改变而改变。的改变而改变。在鼻尖上部：孕育期随在鼻尖上部：孕育期随TT而延长；而延长；在鼻尖下部：孕育期随在鼻尖下部：孕育期随TT而延长；而延长；第十一张，PPT共四十九页，创作于2022年6月在鼻尖处：孕育期最短，此时在鼻尖处：孕育期最短，此时A A最不稳定，是转变速度的最不稳定，是转变速度的 极大值。极大值。这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而铁、这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差
8、增大，而铁、C C原子的扩散却依过冷度的增大而减小，这一对矛盾因素综合影响的结原子的扩散却依过冷度的增大而减小，这一对矛盾因素综合影响的结果：果：鼻尖以上：自由能鼻尖以上：自由能G G起主要作用，相变受起主要作用，相变受G G大小的制约大小的制约鼻尖以下：矛盾的主要方面是鼻尖以下：矛盾的主要方面是FeFe、C C原子扩散，即相变受原子扩散，即相变受 FeFe、C C原子扩散速度的制约。原子扩散速度的制约。第十二张，PPT共四十九页，创作于2022年6月2）过冷）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图从图6-16-1可见有三个相变区域可见有三个相变区域:
9、P P相变区、相变区、B B相变区和相变区和M M相变区相变区。以以T8T8钢为例，同温度的转变产物如图钢为例，同温度的转变产物如图2 2所示：所示：第十三张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图图2 2 T8T8钢钢过冷过冷奥氏奥氏体等体等温转温转变图变图第十四张，PPT共四十九页，创作于2022年6月P转变区域（高温转变）转变区域（高温转变）从从A1550范围内，范围内，A等温分解为片状等温分解为片状F片状片状Fe3C的机的机械混合物，成为片状组织。但随着械混合物，成为片状组织。但随着T，片状越细，按片层的，片状越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：粗细分别珠光体型组织划分为三
10、类：珠光体（珠光体（P）、索氏体（）、索氏体（S）、）、屈氏体（屈氏体（T）第十五张，PPT共四十九页，创作于2022年6月对对T8T8而言，对应温度的相变组织和性能：而言，对应温度的相变组织和性能：A1A1650650：AP AP 硬度硬度 HRC32HRC321111 650 650600600：AS AS 硬度硬度HRC32HRC323838（属（属FeFe、C C原子的扩散原子的扩散型转变）型转变）600600550550：AT AT 硬度硬度HRC32HRC3240 40 贝氏体转变区域（中温转变）贝氏体转变区域（中温转变）温度范围：温度范围：C C曲线鼻尖温度曲线鼻尖温度MsMs。
11、B B是过饱和是过饱和C C的铁素体和渗碳体非片层状的混合物。其形的铁素体和渗碳体非片层状的混合物。其形态、性能及形成过程都和态、性能及形成过程都和P P不同。不同。第十六张，PPT共四十九页，创作于2022年6月对对T8而言：而言：B上上形成温度形成温度T：550350 硬度硬度HRC6045 B下下形成温度形成温度T：350240 硬度硬度HRC4555 马氏体转变区域（低温转变）。马氏体转变区域（低温转变）。温度范围：温度范围：MsMf对对T8而言：而言：M转变区域约在转变区域约在24050。随着随着T,M%量量，但即使，但即使T=Mz，也不是所有，也不是所有A全部转变全部转变 M，总有
12、一部分保留在钢中，称残余奥氏体，总有一部分保留在钢中，称残余奥氏体A。第十七张，PPT共四十九页，创作于2022年6月三三.影响过冷影响过冷A等温转变图形状的因素等温转变图形状的因素临界点位置不同；临界点位置不同；P P、B B转变的转变的C C曲线位置不同；曲线位置不同；MsMs不同。不同。这些的主要影响因素有合金元素的影响、这些的主要影响因素有合金元素的影响、A A晶粒尺寸的影响。晶粒尺寸的影响。(一一)合金元素的影响合金元素的影响1.1.碳的影响碳的影响 亚共析碳钢：亚共析碳钢：C%C%，C C曲线向右移；曲线向右移；过共析过共析C C钢：钢：C%C%，C C曲线向左移；曲线向左移；共析
13、钢：使过冷共析钢：使过冷A A最稳定，即其最稳定，即其C C曲线处于最右的位置。曲线处于最右的位置。第十八张，PPT共四十九页，创作于2022年6月2.除除Co以外，所有溶入以外，所有溶入A后的合金元素都增大后的合金元素都增大A稳定性，使稳定性，使C曲线右移。曲线右移。如未溶入奥氏体，则出于存在未熔的碳化物或夹杂物，往往如未溶入奥氏体，则出于存在未熔的碳化物或夹杂物，往往会起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏体的转变，使会起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏体的转变，使C线线左移。左移。第十九张，PPT共四十九页，创作于2022年6月 根据合金元素对根据合金元素对IT图的影响，可将合金元素分为两大
14、类：图的影响，可将合金元素分为两大类：（1）非（或弱）碳化物形成元素，主要有钴、镍、锰、硅、）非（或弱）碳化物形成元素，主要有钴、镍、锰、硅、铜和硼。际钴外，都不同程度地同时降低珠光休转变和贝氏体铜和硼。际钴外，都不同程度地同时降低珠光休转变和贝氏体转变的速度，即使转变的速度，即使C曲线右移，但对曲线右移，但对C曲线的形状影响不大，仍曲线的形状影响不大，仍呈现与碳钢相似的单一呈现与碳钢相似的单一“鼻子鼻子”。第二十张，PPT共四十九页，创作于2022年6月（2）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这类）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这类元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低
15、珠光体转变和贝氏体元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝氏体转变的速度；同时还使珠光体转变转变的速度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变曲线移向高温和贝氏体转变C曲线移向低温。当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种曲线移向低温。当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种转变的转变的C曲线彼此分离，使曲线彼此分离，使IT图出现双图出现双C曲线的特征。这样，在曲线的特征。这样，在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过冷奥氏体珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过冷奥氏体的高度稳定区，参见图的高度稳定区，参见图6-2（b）。）。第二十一张，PPT共四十九页，创作
16、于2022年6月（1 1）钴：）钴：使等温转变的开始线和终了线都左移，即缩短孕育使等温转变的开始线和终了线都左移，即缩短孕育期，但不改变期，但不改变C C曲线的形状。曲线的形状。（2 2）镍：）镍：不改变不改变C C曲线的形状，但能显若提高过冷奥氏体的稳曲线的形状，但能显若提高过冷奥氏体的稳定性，延长孕育期，并使鼻子略向下移。定性，延长孕育期，并使鼻子略向下移。（3 3）锰：）锰：锰为弱碳化物形成元素，其作用与镍相似，使锰为弱碳化物形成元素，其作用与镍相似，使C C曲线右曲线右移但不改变其形状，锰使移但不改变其形状，锰使C C曲线右移的作用大于镍。曲线右移的作用大于镍。第二十二张，PPT共四十
17、九页，创作于2022年6月（4 4）铬：）铬：铬能显著提高过冷奥氏体的稳定性，并且使铬能显著提高过冷奥氏体的稳定性，并且使C C曲线形状改曲线形状改变。使转变孕育期延长，使珠光体转变变。使转变孕育期延长，使珠光体转变C C曲线向高温方向移动，而曲线向高温方向移动，而贝氏体转变贝氏体转变C C曲线向低温方向移动；当铬含量较高时曲线向低温方向移动；当铬含量较高时(如超过如超过3 3)，可使两曲线完全分离；铬对贝氏体转变的推迟作用大于对珠光体转变的可使两曲线完全分离；铬对贝氏体转变的推迟作用大于对珠光体转变的推迟作用。推迟作用。（5 5）钼和钨的影响：）钼和钨的影响：钼对钼对ITIT图的影响见图图的
18、影响见图6-76-7，可以看出，铝对珠，可以看出，铝对珠光体转变有强烈的抑制作用，但对贝氏体转变则影响不显著。光体转变有强烈的抑制作用，但对贝氏体转变则影响不显著。第二十三张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第二十四张，PPT共四十九页，创作于2022年6月(二二)A)A晶粒尺寸的影响（加热温度作保温时间的影响）晶粒尺寸的影响（加热温度作保温时间的影响）晶粒越细：晶粒越细：C C曲线左移（曲线左移（A A分解的晶核数增多，分解的晶核数增多，P P易于形核）易于形核）晶粒越粗：晶粒越粗：C C曲线右移；曲线右移；成分越均匀：成分越均匀：A A分解的晶核数量减少，新相形核及长大过程中分解的晶
19、核数量减少，新相形核及长大过程中所需扩散时间就越长，故所需扩散时间就越长，故C C曲线右移。曲线右移。第二十五张，PPT共四十九页，创作于2022年6月3.3.过冷奥氏体等温转变图类型（过冷奥氏体等温转变图类型（P156P156）根据根据C C曲线的形状以及曲线的形状以及P P、B B、M M转变区相互位置的不同，转变区相互位置的不同，在在MsMs点温度以上时的点温度以上时的C C曲线大致可归纳为以下几种类型（图曲线大致可归纳为以下几种类型（图3 3）第二十六张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图图3 四种类型四种类型IT图图 第二十七张，PPT共四十九页，创作于2022年6月a a）是
20、一种最简单的）是一种最简单的ITIT图。它是图。它是P P转变与转变与B B转变曲线重迭的图。转变曲线重迭的图。b b）转变开始曲线与）转变开始曲线与a)a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出 现两个鼻子。现两个鼻子。c c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了 线是两条线是两条C C曲线。曲线。d d）是两线组独立的是两线组独立的C C曲线，分别是高温转变（曲线，分别是高温转变（APAP）和中温转）和中温转 变（变（ABAB）第二十八张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共
21、四十九页，创作于2022年6月亚共析钢和过共析钢的C曲线（图4）图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较 第三十张，PPT共四十九页，创作于2022年6月四四.IT图的应用图的应用1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一：是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一：大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织；大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织；制定等温淬火和分散淬火的工艺；制定等温淬火和分散淬火的工艺；估计钢接受淬火的能力。估计钢接受淬火的能力。2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有相当实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有相当大的差异。大的差异。因此，因
22、此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据，它的图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据，它的直接应用受到很大的限制。直接应用受到很大的限制。第三十一张，PPT共四十九页，创作于2022年6月五五.过冷奥氏体连续转变图过冷奥氏体连续转变图 ITIT图的主要反映了过冷图的主要反映了过冷A A等温转变的规律，主要用于研究相等温转变的规律，主要用于研究相变机理、变机理、组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却，所组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却，所以难以直接应用，以难以直接应用，CCTCCT图（连续转变图，图（连续转变图，ContinuousContinuous、Cooling
23、Cooling、FransformationFransformation）能比较接近实际热处理冷却条件，应用更）能比较接近实际热处理冷却条件，应用更方便有效。方便有效。（一）共析碳钢的连续冷却转变图（一）共析碳钢的连续冷却转变图(图图6)6)PS PS：P P开始转变线；开始转变线；PZPZ：P P转变结束线；转变结束线；第三十二张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图6共析碳钢连续冷却转变图 K:K:是是P P转变终止线；转变终止线；V VK K:上临界冷却速度，它是得到全部上临界冷却速度，它是得到全部M M组织的最小冷却速度。组织的最小冷却速度。V VK K越越 小，钢件在小，钢件在
24、淬火时越易得到淬火时越易得到M M组织，淬硬性越好。组织，淬硬性越好。V VKK:下临界冷却速度，它是得到全部下临界冷却速度，它是得到全部P P组织的最大冷却速度。组织的最大冷却速度。V VKK 越越 小，退火小，退火 所需的时间就越长。所需的时间就越长。第三十三张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共四十九页，创作于2022年6月（二）用途：（二）用途：如果我们知道了某钢中的如果我们知道了某钢中的CTCT曲线，我们就能利用它估计某连曲线，我们就能利用它估计某连续冷却转变的温度范围、转变所需时间、转变产物及其性能。续冷却转变的温度范围、转变所需时间、转变产物及其性能。1.
25、1.预测热处理后零件的组织及性能预测热处理后零件的组织及性能2.2.确定临界冷却速度确定临界冷却速度V VK K 用于选材、选淬火介质的重要参数之一。用于选材、选淬火介质的重要参数之一。第三十五张，PPT共四十九页，创作于2022年6月3.3.选择淬火介质选择淬火介质 当当CCTCCT鼻子处孕育期为鼻子处孕育期为2S2S时，时，2525零件水淬可淬硬；零件水淬可淬硬；当当CCTCCT鼻子处孕育期为鼻子处孕育期为5 510S10S时，时，2525零件油淬可淬硬；零件油淬可淬硬；当当CCTCCT鼻子处孕育期为鼻子处孕育期为100S100S时，时，2525零件空气中即可淬硬；零件空气中即可淬硬；第三
26、十六张，PPT共四十九页，创作于2022年6月（三）（三）IT IT 曲线与曲线与CTCT曲线的比较曲线的比较1.1.用途用途 ITIT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。CTCT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。2.2.位置位置：CTCT在在ITIT的右下方，即的右下方，即CTCT的过冷度、孕育期较的过冷度、孕育期较ITIT大大第三十七张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图7含0.84%碳钢CT图与IT图 图8 40Cr钢IT图(虚线)与CT图 13mm钢板：油冷。
27、按照等温转变图，应在690开始转变，640结 束，但实际上是660开始转变，590结束；11mm：水冷,按照等温图可得部分P型组织，但实际上能得全部M.,可 见应用CT曲线更符合实际情况。图8为45Cr等温转变图 （IT）和CT图的比较.第三十八张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第三十九张，PPT共四十九页，创作于2022年6月3.转变产物转变产物 IT转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。CT转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型可能转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型可能不止不止 一种，有时是几种类型组织的混合。即
28、使是同一种类型一种，有时是几种类型组织的混合。即使是同一种类型的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度不同，所得的的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度不同，所得的组织粗细不同，如组织粗细不同，如PST；B上上B下下。第四十张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共四十九页，创作于2022年6月第四十二张，PPT共四十九页，创作于2022年6月4.CT与与IT图本质上还是一致的图本质上还是一致的，只不过用，只不过用IT转变来估计或说明连续冷却转变的情况转变来估计或说明连续冷却转变的情况时，所得结果不能精确，只能是定性地说明问题。时，所得结果不能精确，只能是定性地说明问
29、题。5.确定淬火临界冷却速度确定淬火临界冷却速度Vc利用利用IT图确定的淬火临界冷却速度图确定的淬火临界冷却速度/s利用利用CT图确定的淬火临界冷却速度图确定的淬火临界冷却速度/s实线实线奥氏体等温分解开始线奥氏体等温分解开始线虚线虚线奥氏体连续冷却分解开始线奥氏体连续冷却分解开始线 第四十三张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图6-10 45钢CCT图（奥氏体化温度880）图6-11 Cr12钢CCT图（奥氏体化温度1050）第四十四张，PPT共四十九页，创作于2022年6月图6-12 40Cr钢CCT图（奥氏体化温度840）第六章完第六章完第四十五张，PPT共四十九页，创作于2022年6月过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线第四十六张，PPT共四十九页，创作于2022年6月亚共析钢（b）的过冷奥氏体连续冷却转变曲线第四十七张，PPT共四十九页，创作于2022年6月作作 业业P164:2、4、5第四十八张，PPT共四十九页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第四十九张，PPT共四十九页，创作于2022年6月