《电厂金属材料(第三章).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电厂金属材料(第三章).ppt（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电厂金属材料电厂金属材料(第三章)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电厂金属材料通通过过加加热热、保保温温和和冷冷却却来来改改变变钢钢的的组组织织，从从而而改改变变钢钢机机械械性性能能的的工工艺艺，称称为为热热处处理理。热热处处理理的的这这三三个个阶阶段段，可可以以用用工工艺艺过程曲线来表示，如图过程曲线来表示，如图31所示。所示。2022/11/132022/11/132 2电厂金属材料第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变热处理的第一道工序
2、就是加热。铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。热处理的第一道工序就是加热。铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。共共析析钢钢在在A1临临界界温温度度下下是是珠珠光光体体组组织织，当当加加热热温温度度超超过过临临界界点点后后珠珠光光体体就就转转变为奥氏体。变为奥氏体。亚亚共共析析钢钢在在A1临临界界点点温温度度下下是是铁铁素素体体和和珠珠光光体体，当当温温度度超超过过A1后后，珠珠光光体体转转变为奥氏体；如果继续加热，当温度变为奥氏体；如果继续加热，当温度A3临界点铁素体也可转化为奥氏体。临界点铁素体也可转化为奥氏体。过过共共析析钢钢在在A1临临界界点点温温度度下下是是渗渗碳碳体体和和珠珠光光
3、体体，当当加加热热温温度度超超过过A1后后，珠珠光光体转变；如果继续加热至体转变；如果继续加热至Acm以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。一、加热温度的确定一、加热温度的确定2022/11/132022/11/133 3电厂金属材料注注意意：加加热热时时，钢钢的的组组织织实实际际转转变变温温度度往往往往是是高高于于相相图图中中的的理理论论相相变变温温度度；冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。在在热热处
4、处理理工工艺艺中中，不不加加热热时时的的临临界界点点分分别别用用AC1、AC3、ACCm表表示示；而而冷冷却却是的临界点分别用是的临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。二、奥氏体化过程二、奥氏体化过程珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。奥氏体化大致可分为四个过程，如图奥氏体化大
5、致可分为四个过程，如图32所示。所示。2022/11/132022/11/134 4电厂金属材料1奥氏体形核奥氏体形核奥奥氏氏体体的的晶晶核核上上首首先先在在铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的相相界界面面上上形形成成的的。由由于于界界面面上上的的碳碳浓浓度度处处于于中中间间值值，原原子子排排列列也也不不规规则则，原原子子由由于于偏偏离离平平衡衡位位置置处处于于畸畸变变状状态态而而具具有有较较高高的的能能量量。同同时时位位错错和和空空间密度较高间密度较高铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件。铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件。2奥氏体长
6、大奥氏体长大奥奥氏氏体体一一旦旦形形成成，便便通通过过原原子子扩扩散散不不断断张张大大在在于于铁铁素素体体接接触触的的方方向向上上，铁铁素素体体逐逐渐渐通通过过改改组组晶胞向奥氏提转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。晶胞向奥氏提转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。3残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解由由于于铁铁素素体体的的晶晶格格类类型型和和含含碳碳量量的的差差别别都都不不大大，因因而而铁铁素素体体向向奥奥氏氏体体的的转转变变总总是是先先完完成成。当当珠珠光光体体中中的的铁铁素素体体全全部部转转变变为为奥奥氏氏体体后后，仍仍有有少少量量的的渗渗碳碳体体尚尚未未溶溶解解
7、。随随着着保保温温时时间间的的延延长长，这这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。4奥氏体均匀化奥氏体均匀化刚刚形形成成的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒中中，碳碳浓浓度度是是不不均均匀匀的的。原原先先渗渗碳碳体体的的位位置置，碳碳浓浓度度较较高高；原原先先属属于于铁铁素素体体的的位位置置，碳碳浓浓度度较较低低。因因此此，必必须须保保温温一一段段时时间间，通通过过碳碳原原子子的的扩扩散散获获得得成成分分均均匀匀的的奥奥氏氏体体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。2022/11/132022/11/135 5电厂金属材料对
8、对于于亚亚共共析析钢钢与与过过共共析析钢钢，若若加加热热温温度度没没有有超超过过AC3或或ACCm，而而在在稍稍高高于于AC1停停留留，只只能能使使原原始始组组织织中中的的珠珠光光体体转转变变为为奥奥氏氏体体，而而共共析析铁铁素素体体或或二二次次渗渗碳碳体体仍仍将将保保留留。只只有有进进一一步步加加热热至至AC3或或Accm以以上上并并保保温温足足够够时时间间，才能得到单相的奥氏体。才能得到单相的奥氏体。如如果果加加热热温温度度过过高高，或或者者保保温温时时间间过过长长，将将会会促促使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗化化。奥奥氏氏体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。体晶粒粗化后
9、，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。2022/11/132022/11/136 6电厂金属材料三、三、晶粒度的评定晶粒度的评定晶粒的大小，或叫晶粒的粗细，是用晶粒的大小，或叫晶粒的粗细，是用晶粒度晶粒度来表示的。来表示的。1起起始始晶晶粒粒度度：指指钢钢加加热热至至奥奥氏氏体体的的过过程程中中，当当铁铁素素体体向向奥奥氏氏体体转转变变刚刚刚刚完完了了是是所所形形成成的晶粒度，既当奥氏体成核长大时的晶粒度，既当奥氏体成核长大时，奥氏体晶粒的边界刚刚相碰时的晶粒的大小。，奥氏体晶粒的边界刚刚相碰时的晶粒的大小。2实际晶粒度：实际晶粒度：是指某一具体的热处理后或热加工条件下，所得到的奥氏体
10、晶粒度。是指某一具体的热处理后或热加工条件下，所得到的奥氏体晶粒度。在在加加热热温温度度升升高高和和保保温温时时间间延延长长的的情情况况下下、会会使使奥奥氏氏体体最最初初形形成成的的晶晶粒粒长长大大，这这是是因因为为在在奥奥氏氏体体晶晶粒粒的的边边界界处处，原原子子排排列列是是不不规规则则的的，因因而而活活动动的的能能力力强强，较较大大的的晶晶粒粒吞吞并小的晶粒，使晶界迁移，晶粒就不断长大。并小的晶粒，使晶界迁移，晶粒就不断长大。在在实实际际生生产产中中影影响响奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大的的主主要要原原因因是是加加热热温温度度，加加热热温温度度越越高高，奥奥氏氏体体的的晶晶粒粒就就越越大大；
11、其其次次是是保保温温时时间间，保保温温时时间间长长，奥奥氏氏体体的的晶晶粒粒也也大大。因因此此，热热处处理理时时要要特特别别注注意意控控制制好好加加热热温温度度，并选择好适当的保温时间。并选择好适当的保温时间。2022/11/132022/11/137 7电厂金属材料3 3本本质质晶晶粒粒度度：不不同同的的铜铜奥奥氏氏体体晶晶粒粒加加热热时时长长大大的的倾倾向向不不同同，评评定定奥奥氏氏体体晶晶粒粒在在加加热热时时长长大大倾倾向向的的标标准准叫叫本本质质晶晶粒粒度度。根根据据冶冶金金部部的的标标准准规规定定，加加热热到到9301093010保温保温8h8h冷却下来后钢的晶粒大小，称为本质晶粒度
12、。冷却下来后钢的晶粒大小，称为本质晶粒度。冶冶金金部部将将钢钢分分为为两两大大类类，一一类类叫叫本本质质粗粗晶晶粒粒钢钢，另另一一类类叫叫本本质质细细晶晶粒粒钢钢，其其与温度的关系如图与温度的关系如图3 33 3所示。所示。2022/11/132022/11/138 8电厂金属材料钢钢的的本本质质晶晶粒粒度度是是由由钢钢的的成成分分和和冶冶炼炼条条件件决决定定的的。含含有有钛钛、钒钒、钨钨等等合合金金元元素素的的钢钢，大大多多属属于于本本质质细细晶晶粒粒钢钢。冶冶炼炼时时采采用用铝铝脱脱氧氧的的钢钢也也为为本本质质细细晶晶粒粒钢钢，而只用硅、锰脱氧的钢则为本质粗晶粒钢。而只用硅、锰脱氧的钢则为
13、本质粗晶粒钢。工业生产采用工业生产采用奥氏体本质晶粒度奥氏体本质晶粒度来评定钢的长大倾向。来评定钢的长大倾向。奥氏体晶粒度的标准共奥氏体晶粒度的标准共定为定为18级，级，1级最粗，级最粗，8级最细，级最细，是在放大是在放大100倍的金相显微镜下观察定的级，倍的金相显微镜下观察定的级，晶粒度为晶粒度为14级的定为本质粗晶粒钢，级的定为本质粗晶粒钢，58级的定为本质细晶粒钢。级的定为本质细晶粒钢。这这是是因因为为钛钛、钒钒、钨钨及及铝铝等等合合金金元元素素在在钢钢中中能能形形成成金金属属化化合合物物，这这些些化化合合物物微微粒粒分分布布在在奥奥氏氏体体晶晶界界上上能能机机械械地地阻阻止止奥奥氏氏体
14、体晶晶粒粒的的长长大大。但但是是，当当温温度度升升得得较较高高时时，这这些些化化合合物物微微粒粒会会发发生生聚聚集集甚甚至至溶溶入入奥奥氏氏体体，这这样样也也失失去去了了机机械械阻阻碍碍的的作作用用，晶晶粒粒便便会会迅迅速长大。速长大。2022/11/132022/11/139 9电厂金属材料第二节第二节奥氏体钢在冷却时的转变奥氏体钢在冷却时的转变冷冷却却是是钢钢热热处处理理的的三三个个工工序序中中影影响响性性能能的的最最重重要要环环节节，所所以以冷冷却却转转变变是是热热处处理的关键。理的关键。热处理冷却方式通常有两种，即等温冷却和连续冷却。热处理冷却方式通常有两种，即等温冷却和连续冷却。20
15、22/11/132022/11/131010电厂金属材料一、奥氏体的等温转变一、奥氏体的等温转变（一）奥氏体等温转变曲线（一）奥氏体等温转变曲线奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线一一般般用用金金相相硬硬度度法法测测定定。图图3-5 3-5 是是共共析析钢钢C C曲曲线线测测定定方方法示意图。图法示意图。图3-63-6是实测的共析钢是实测的共析钢C C曲线。曲线。图3-6共析钢等温转变曲线2022/11/132022/11/131111电厂金属材料（二）奥氏体等温转变产物的组织和性能（二）奥氏体等温转变产物的组织和性能根根据据转转变变温温度度的的不不同同，C曲曲线线分分为为高高温温转转变变、中
16、中温温转转变变和和低低温温转转变变三三个个区区域域。根根据据转转变变结结构构特特点点和和转转变变产产物物的的不不同同，钢钢在在冷冷却却时时奥奥氏氏体体转转变变可可分分为为珠光体型转变、贝氏体型转变及马氏体型转变三种。珠光体型转变、贝氏体型转变及马氏体型转变三种。高高温温转转变变的的温温度度范范围围为为A1至至550区区间间，转转变变产产物物是是珠珠光光体体组组织织，故故称称珠珠光体转变；光体转变；中中温温转转变变的的温温度度范范围围为为550至至Ms线线区区间间，转转变变产产物物是是贝贝氏氏体体组组织织，故故称称贝氏体转变；贝氏体转变；低低温温转转变变的的温温度度范范围围为为Ms线线至至Mf线
17、线区区间间，转转变变产产物物是是马马氏氏体体组组织织，故故称称马马氏体转变。氏体转变。2022/11/132022/11/131212电厂金属材料（1）高温转变（珠光体转变）高温转变（珠光体转变）珠珠光光体体转转变变是是奥奥氏氏体体转转变变成成珠珠光光体体的的过过程程，通通过过碳碳原原子子和和铁铁原原子子的的扩扩散散形形成成铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的层层片片状状机机械械混混合合物物，转转变变温温度度为为A1550，珠珠光光体体转转变是一种扩散性相变。变是一种扩散性相变。珠光体的转变机理如图珠光体的转变机理如图3-7所示，微观组织如图所示，微观组织如图3-8所示。所示。2022/11/13
18、2022/11/131313电厂金属材料图3-8珠光体的显微组织（a）光学显微组织（硝酸酒精侵蚀，500）；（b）电子显微组织（硝酸酒精侵蚀，3800）2022/11/132022/11/131414电厂金属材料（1）中温转变（贝氏体转变）中温转变（贝氏体转变）转转变变温温度度为为550Ms线线，由由于于转转变变温温度度较较低低，原原子子的的扩扩散散能能力力较较弱弱。奥奥氏氏体体在在转转变变过过程程中中，碳碳原原子子只只能能作作短短距距离离的的扩扩散散，而而铁铁原原子子几几乎乎不不能能扩扩散散，仅仅从从面面心心立立方方晶晶格格转转变变为为体体心心立立方方晶晶格格。奥奥氏氏体体转转变变为为贝贝氏
19、氏体体的的过过程程与与转转变变为为珠珠光光体体的的不不同同，转转变变时时，先先析析出出含含碳碳过过饱饱和和的的铁铁素素体体，随随后后在在铁铁素素体体中中陆陆续续析析出出细细的的渗渗碳碳体体。这这种种过过饱饱和和铁铁素素体体和和细细小小颗颗粒粒状状渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物，称称为为贝氏体，用符号贝氏体，用符号B表示。表示。在在中中温温转转变变区区，550350范范围围内内，等等温温转转变变成成的的组组织织称称为为上上贝贝氏氏体体；350Ms范围，等温转变成的组织称为范围，等温转变成的组织称为下贝氏体下贝氏体。图3-9上贝氏体的显微组织图3-10下贝氏体的显微组织2022/11/132
20、022/11/131515电厂金属材料（3）粒粒状状贝贝氏氏体体粒粒状状贝贝氏氏体体也也是是在在中中温温转转变变区区，由由奥奥氏氏体体转转变变成成的的组组织织。粒粒状状贝贝氏氏体体是是由由铁铁素素体体及及由由铁铁素素体体基基体体所所包包围围着着的的小小岛岛状状组组织织所所组组成成，这这些些小小岛状组织形态很不规则，常呈粒状或长条状，如图岛状组织形态很不规则，常呈粒状或长条状，如图3-15，图，图3-16所示。所示。粒状贝氏体的形成与钢的成分及转变温度有关。在电厂用钢中，粒状贝氏体常出现于低碳的粒状贝氏体的形成与钢的成分及转变温度有关。在电厂用钢中，粒状贝氏体常出现于低碳的Cr-Mo钢和钢和Cr
21、-Mo-V钢等钢种的原材料及焊接接头中。钢等钢种的原材料及焊接接头中。2022/11/132022/11/131616电厂金属材料3低温转变（马氏体转变）低温转变（马氏体转变）转转变变温温度度为为MsMf，当当奥奥氏氏体体以以较较快快的的速速度度冷冷却却到到Ms以以下下时时，由由于于温温度度较较低低，铁铁原原子子和和碳碳原原子子都都不不能能进进行行扩扩散散，铁铁原原子子只只是是作作微微小小位位移移，使使-Fe晶晶格格转转变变为为-Fe的的晶晶格格，而而碳碳原原子子来来不不及及扩扩散散全全部部固固溶溶在在-Fe中中，碳碳在在-Fe中中的的过过饱饱和和固固溶溶体体组组织织称称为为马氏体，用符号马氏
22、体，用符号M表示。表示。（1）马氏体的形态马氏体的形态马马氏氏体体的的组组织织形形态态与与含含碳碳量量有有关关，根根据据马马氏氏体体组组织织的的不不同同，把把马马氏氏体体分分为为低低碳碳马马氏氏体体、高高碳碳马马氏氏体体和和混混合合型型马马氏氏体体。当当含含碳碳量量0.25，形形成成低低碳碳马马氏氏体体（条条状状马马氏氏体体），低低碳碳马马氏氏体体组组织织中中有有许许多多尺尺寸寸大大致致相相同同的的细细长长薄薄条条单单元元，薄薄条条平平行行排排列列组组成成一一束束，束束和和束束之之间间位位向向不不同同。低低碳碳马马氏氏体体过过饱饱和和程程度度低低、内内应应力力小小，不不仅仅强强度度高高，而且塑
23、性、韧性也较好，所以在生产中应用较广。而且塑性、韧性也较好，所以在生产中应用较广。图3-17低碳马氏体2022/11/132022/11/131717电厂金属材料当当含含碳碳量量大大于于1时时，形形成成高高碳碳马马氏氏体体（针针状状马马氏氏体体），图图3-18为为T10钢钢经经1000加热，水冷淬火处理后得到的高碳马氏体组织。加热，水冷淬火处理后得到的高碳马氏体组织。针针叶叶一一般般以以60120相相交交。马马氏氏体体的的针针叶叶一一般般在在奥奥氏氏体体晶晶粒粒内内形形成成，第第一一片片马马氏氏体体粗粗大大，往往往往横横贯贯整整个个马马氏氏体体的的晶晶粒粒，稍稍后后形形成成的的马马氏氏体体则则
24、较较小小，最最后形成的马氏体就更小，如图后形成的马氏体就更小，如图3-19所示。所示。针针状状马马氏氏体体可可称称为为高高碳碳马马氏氏体体，也也称称为为孪孪晶晶马马氏氏体体，其其组组织织结结构构如如图图3-20所所示。示。图3-18高碳马氏体2022/11/132022/11/131818电厂金属材料含含碳碳量量在在0.25%0.25%1%1%之之间间的的碳碳快快速速冷冷却却所所得得到到的的组组织织为为低低碳碳马马氏氏体体和和高高碳碳马马氏氏体体的混合结构。的混合结构。（2 2）马马氏氏体体的的性性能能：高高碳碳度度是是马马氏氏体体的的主主要要特特征征。马马氏氏体体的的硬硬度度与与其其含含碳碳
25、量量有有关关，如如图图3-213-21所所示示。含含碳碳量量愈愈多多，硬硬度度愈愈高高；当当含含碳碳量量超超过过0.6%0.6%以以后后，马马氏氏体的硬度就增加不多。体的硬度就增加不多。2022/11/132022/11/131919电厂金属材料马马氏氏体体具具有有高高硬硬度度的的主主要要原原因因是是由由于于过过饱饱和和的的碳碳原原子子所所起起的的固固溶溶强强化化作作用用和和形形成成马马氏氏体体时时在在马马氏氏体体内内产产生生了了大大量量的的位位错错或或孪孪晶晶引引起起了了加加工工强强化化的的结结果。果。高高碳碳马马氏氏体体具具有有高高的的硬硬度度，但但韧韧性性很很低低，脆脆性性大大；马马氏氏
26、体体针针叶叶愈愈粗粗大大，韧韧性性愈愈低低，脆脆性性愈愈大大。所所以以，淬淬火火得得到到高高碳碳马马氏氏体体后后，必必须须作作消消除除脆脆性性的的回回火处理才能应用。火处理才能应用。低低碳碳马马氏氏体体具具有有较较高高的的硬硬度度和和强强度度，而而且且韧韧性性也也比比较较好好；这这种种强强度度和和韧韧性性的良好配合，使低碳马氏体得到了广泛应用。的良好配合，使低碳马氏体得到了广泛应用。（3）马氏体转变的特点）马氏体转变的特点奥奥氏氏体体是是在在Ms点点温温度度以以下下转转变变成成马马氏氏体体的的。由由于于转转变变温温度度很很低低，奥奥氏氏体体中中的的铁铁、碳碳原原子子都都不不能能进进行行扩扩散散
27、，因因而而只只有有铁铁元元素素的的晶晶格格改改变变，面面心心立立方方晶晶格格-Fe转转化化为为体体心心立立方方晶晶格格-Fe。由由于于碳碳原原子子无无扩扩散散能能力力而而过过饱饱和和固固溶溶在在-Fe中中，当当含碳量大于含碳量大于0.25%时，将使晶格撑开。时，将使晶格撑开。2022/11/132022/11/132020电厂金属材料马氏体的形成速度极快。马氏体的形成速度极快。马氏体转变是在一定温度范围（马氏体转变是在一定温度范围（M Ms sM Mf f）内进行的）内进行的。奥奥氏氏体体向向马马氏氏体体转转变变是是一一个个连连续续冷冷却却的的过过程程。钢钢MsMs和和M Mf f点点温温度度
28、的的高高低低取取决决于于奥奥氏氏体体中中含含碳碳量量，奥奥氏氏体体中中含含碳碳量量愈愈高高，MsMs和和MfMf温温度度愈愈低低，如如图图3-223-22所所示示。当当含含碳碳量量大大于于0.6%0.6%后后，MfMf点点已已下下降降到到00以以下下的的温温度度；因因此此，高高碳碳钢钢淬淬火火后后常常常常含有一定数量的残余奥氏体。含有一定数量的残余奥氏体。2022/11/132022/11/132121电厂金属材料残残余余奥奥氏氏体体的的存存在在会会降降低低钢钢的的强强度度和和硬硬度度，影影响响钢钢的的耐耐磨磨能能力力。当当然然如如果果钢钢中中有有残残余余奥奥氏氏体体存存在在，可可减减少少淬淬
29、火火时时的的变变形形并并增增加加淬淬火火钢钢的的韧韧性性，残残余余奥奥氏氏体体还还有有阻阻止止裂裂纹纹扩扩散散的的作作用用。所所以以，一一定定量量的的残余奥氏体存在于钢中，并不是有害的。残余奥氏体存在于钢中，并不是有害的。从奥氏体转变为马氏体后体积要膨胀。从奥氏体转变为马氏体后体积要膨胀。体体积积的的膨膨胀胀将将引引起起很很大大的的内内应应力力，这这种种内内应应力力又又称称为为组组织织应应力力。而而从从奥奥氏氏体体转转变变为为马马氏氏体体时时需需要要快快速速冷冷却却，在在短短时时间间内内温温度度变变化化很很大大，使使钢钢热热胀胀冷冷缩缩又又会会产产生生一一种种内内应应力力，这这种内应力称为热应
30、力。这两种应力的叠加，是造成钢件淬火开裂和变形的重要原因。种内应力称为热应力。这两种应力的叠加，是造成钢件淬火开裂和变形的重要原因。（三）含碳量对奥氏体等温转变曲线的影响（三）含碳量对奥氏体等温转变曲线的影响亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢从从奥奥氏氏体体转转变变才才为为珠珠光光体体之之前前，均均有有先先共共析析相相析析出出的的过过程程；因因此此，它它们们的的等等温温转转变变曲曲线线与与共共析析钢钢的的等等温温转转变变曲曲线线有有所所不不同同，如如图图3-233-23、图、图3-243-24所示。所示。2022/11/132022/11/132222电厂金属材料从从中中可可以以看看出出，与
31、与共共析析钢钢等等温温转转变变曲曲线线相相比比，亚亚共共析析钢钢的的等等温温转转变变曲曲线线上上半半部部多多一一条条铁铁素素体体共共析析转转变变线线；过过共共析析钢钢的的等等温温转转变变曲曲线线上上半半部部多多一一条条渗渗碳碳体体共共析析转转变变线线。说说明明亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的奥奥氏体在等温转变过程中分别先析出铁素体和渗碳体，然后再完成珠光体转变过程。氏体在等温转变过程中分别先析出铁素体和渗碳体，然后再完成珠光体转变过程。2022/11/132022/11/132323电厂金属材料二、奥氏体的连续冷却转变在在连连续续冷冷却却过过程程中中，过过冷冷奥奥氏氏体体同同样样会会转
32、转变变成成珠珠光光体体或或贝贝氏氏体体或或马马氏氏体体，组组织转变的温度区域与奥氏体的等温转变时大致相同。织转变的温度区域与奥氏体的等温转变时大致相同。连连续续冷冷却却是是指指按按照照一一定定的的速速度度从从较较高高的的温温度度冷冷却却，奥奥氏氏体体的的组组织织转转变变发发生生在在各个不同的转变温度区域；因此，就会得到各个不同区域的产物。各个不同的转变温度区域；因此，就会得到各个不同区域的产物。连连续续冷冷却却时时的的速速度度不不同同，在在各各个个转转变变温温度度区区域域内内停停留留的的时时间间也也不不同同，所所得得到到的各种转变产物相对数量也就不同，就会有不同的机械性能。的各种转变产物相对数
33、量也就不同，就会有不同的机械性能。连连续续冷冷却却转转变变比比较较复复杂杂，转转变变规规律律不不如如等等温温转转交交明明显显，有有时时有有几几种种组组织织，这这些组织也较难区分。些组织也较难区分。奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，如一般淬火、正火、退火等，过冷奥氏体的转变奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，如一般淬火、正火、退火等，过冷奥氏体的转变均是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过程中的转变具有十分重要的均是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过程中的转变具有十分重要的意义意义2022/11/132022/11/132424电厂金属材料奥奥氏氏体体的的连连续续冷冷却却
34、转转变变用用连连续续冷冷却却曲曲线线来来进进行行分分析析。连连续续冷冷却却曲曲线线也也是是用用试验方法试验方法测定绘制的，共析钢的连续冷却曲线如图测定绘制的，共析钢的连续冷却曲线如图325所示。所示。2022/11/132022/11/132525电厂金属材料奥奥氏氏体体的的连连续续冲冲却却曲曲线线较较难难测测定定。工工程程上上常常参参照照等等温温转转变变曲曲线线来来近近似似地地、定定性性地分析连续冷却时奥氏体的转变过程。地分析连续冷却时奥氏体的转变过程。为为了了预预测测某某种种钢钢在在某某一一冷冷却却速速度度下下所所得得到到的的组组织织，可可将将此此冷冷却却速速度度线线画画在在该该钢钢种种的
35、的等等温温转转变变曲曲线线上上，根根据据冷冷却却速速度度线线在在等等温温转转变变曲曲线线中中的的位位置置来来估估计计所所得得到到的的组织，并以此来分析其力学性能组织，并以此来分析其力学性能，如图，如图326所示。所示。2022/11/132022/11/132626电厂金属材料亚亚共共析析钢钢或或过过共共析析钢钢的的连连续续冷冷却却转转变变曲曲线线要要比比共共析析钢钢复复杂杂一一些些，45号号钢钢的的连连续续冷却曲线见图冷却曲线见图327所示。所示。连续冷却曲线在生产实践中具有效大的实用意连续冷却曲线在生产实践中具有效大的实用意义。可以用来制定正确的热处理冷却工艺，分义。可以用来制定正确的热处
36、理冷却工艺，分析淬火、正火、退火后钢件所得到的组织和力析淬火、正火、退火后钢件所得到的组织和力学性能；还可以用来分析焊接热影响区的组织学性能；还可以用来分析焊接热影响区的组织和力学性能。和力学性能。2022/11/132022/11/132727电厂金属材料第三节钢的淬火和回火一、淬火一、淬火淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到Ac3或或Ac1以上以上3050，保温一定时间，然后快速冷却从，保温一定时间，然后快速冷却从而得到马氏体或下贝氏体组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织转变成而得到马氏体或下贝氏体组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织转变成马氏体或下贝氏体。马氏体或下贝氏体。钢的淬火是
37、热处理中的一种重要工艺，电厂许多的重要零部件如叶片、紧固件等钢的淬火是热处理中的一种重要工艺，电厂许多的重要零部件如叶片、紧固件等都是采用淬火和回火的热处理工艺，以便获得优良的使用性能。都是采用淬火和回火的热处理工艺，以便获得优良的使用性能。（一）加热温度的选择（一）加热温度的选择碳钢的淬火加热温度如图碳钢的淬火加热温度如图3-28所示。所示。从中可以看出，亚共析钢的淬火温度从中可以看出，亚共析钢的淬火温度为为Ac3以上以上3050。加热到此温度范。加热到此温度范围时，组织完全为奥氏体，淬火后的围时，组织完全为奥氏体，淬火后的组织为均匀的马氏体。如果加热温度组织为均匀的马氏体。如果加热温度小于
38、小于Ac3，则淬火后的组织中会因出现，则淬火后的组织中会因出现铁素体而降低钢的硬度。铁素体而降低钢的硬度。2022/11/132022/11/132828电厂金属材料（二）冷却速度及冷却介质的选择淬淬火火时时的的冷冷却却速速度度必必须须大大于于临临界界冷冷却却速速度度；但但过过快快的的冷冷却却又又会会增增加加内内应应力力，引起钢件的变形和开裂。因此，选择合理的冷却介质是淬火工艺的关镀。引起钢件的变形和开裂。因此，选择合理的冷却介质是淬火工艺的关镀。钢钢的的等等温温转转变变曲曲线线是是选选择择淬淬火火时时的的冷冷却却速速度度和和介介质质的的依依据据，理理想想的的冷冷却却曲曲线线如图如图329所示
39、。所示。理想的冷却曲线先应稍慢冷却，理想的冷却曲线先应稍慢冷却，但在高温转变区快速冷却，不但在高温转变区快速冷却，不能碰及等温转变曲线；在中温能碰及等温转变曲线；在中温转变区也不应该快冷。按这样转变区也不应该快冷。按这样的速度冷却，既能使奥氏体转的速度冷却，既能使奥氏体转变为马氏体，又能适当地调整变为马氏体，又能适当地调整钢件的温差，减少淬火冷却过钢件的温差，减少淬火冷却过程的内应力，避免变形和开裂。程的内应力，避免变形和开裂。生产中常用的淬火冷却介质是水和油。生产中常用的淬火冷却介质是水和油。2022/11/132022/11/132929电厂金属材料(三)淬透性的概念淬淬透透性性是是指指钢
40、钢件件接接受受淬淬火火提提高高硬硬度度的的能能力力，通通常常用用淬淬硬硬层层的的深深度度来来评评定定。淬淬硬硬层层是是淬淬火火后后马马氏氏体体和和半半马马氏氏体体组组织织的的深深度度大大小小，半半马马氏氏体体是是指指组组织织中中有有50的的马马氏氏体体，另另外外的的50是是贝贝氏氏体体或或极极细细珠珠光光体体。钢钢件件淬淬火火冷冷却却时时，沿沿整整个个截截面面的的冷冷却却速速度度是是不不相相同同的的，因因而而钢钢件件的的表表层层和和中中心心的的组组织织和和机机械械性性能能就就会会有差异，如图有差异，如图330所示。所示。2022/11/132022/11/133030电厂金属材料钢钢的的淬淬透
41、透性性主主要要取取决决于于钢钢的的化化学学成成分分，因因为为钢钢中中的的化化学学成成分分不不同同，奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线的的位位置置就就不不同同，淬淬火火的的临临界界冷冷却却速速度度也也不不同同。只只有有当当临临界界冷冷却却速速度度小小于于实实际际冷冷却却速速度度，才才能能得得到到马马氏氏体体。在在生生产产实实践践中中，选选择择适适当当的的冷冷却却介介质质，提提高高实实际冷却速度，当然也增加淬透性。际冷却速度，当然也增加淬透性。电厂热力设备中有许多大截面的钢件，如汽轮机和发电机的主轴、紧固件、主蒸汽阀门电厂热力设备中有许多大截面的钢件，如汽轮机和发电机的主轴、紧固件、主蒸汽阀门等
42、。这些钢件都要求有较大的淬透性。等。这些钢件都要求有较大的淬透性。（四）淬火的分类常常用用的的淬淬火火方方法法可可分分为为单单液液淬淬火火、双双液液淬淬火火、分分级级淬淬火火、等等温温淬淬火火及及表表面面淬淬火火等等。除除表表面面淬淬火火外外，其其他他淬淬火火方法如图所示。方法如图所示。2022/11/132022/11/133131电厂金属材料1单液淬火单液淬火将奥氏体化后的钢件，迅速置于一种介质中冷却至室温，这种方法称为单液淬将奥氏体化后的钢件，迅速置于一种介质中冷却至室温，这种方法称为单液淬火，是生产中应用的最广泛的淬火方法。一般碳钢和低合金钢用水来冷却，简火，是生产中应用的最广泛的淬火
43、方法。一般碳钢和低合金钢用水来冷却，简称为水淬；大多数合金钢用油作冷却介质，简称为油淬。但水淬容易产生变形称为水淬；大多数合金钢用油作冷却介质，简称为油淬。但水淬容易产生变形和开裂；油淬容易出现硬度不足等缺点。和开裂；油淬容易出现硬度不足等缺点。2双液淬火双液淬火将将奥奥氏氏体体化化后后的的钢钢件件，先先置置于于一一种种冷冷却却速速度度较较大大的的介介质质（如如水水）中中冷冷却却，冷冷却却到到300左左右右时时再再将将钢钢件件移移入入另另一一种种冷冷却却速速度度较较小小的的介介质质（如如油油）中中冷冷却却至至室温，这种方法称为双液淬火。室温，这种方法称为双液淬火。3.分级淬火法分级淬火法将将奥
44、奥氏氏体体化化后后的的钢钢件件，迅迅速速置置于于温温度度高高于于Ms的的介介质质中中，并并保保留留一一段段时时间间，使钢件内外温度一致，然后迅速将钢件移入另一种介质中冷却至室温。使钢件内外温度一致，然后迅速将钢件移入另一种介质中冷却至室温。4.等温淬火法等温淬火法将奥氏体化后的钢件，迅速放到温度稍高于将奥氏体化后的钢件，迅速放到温度稍高于M的冷却介质中，并保留较长的冷却介质中，并保留较长的时间，使过冷的奥氏体在等温条件下转变为贝氏体，然后在将钢件置于的时间，使过冷的奥氏体在等温条件下转变为贝氏体，然后在将钢件置于空气空气中冷却至室温，这种方法称为等温淬火。中冷却至室温，这种方法称为等温淬火。2
45、022/11/132022/11/133232电厂金属材料5表面淬火表面淬火将钢件的表面迅速地加热到奥氏体化的温度，再将钢件迅速的冷却到室温，使表面的将钢件的表面迅速地加热到奥氏体化的温度，再将钢件迅速的冷却到室温，使表面的组织转变为马氏体，而心部的组织为来的及变化，这种方法称为表面淬火，如图组织转变为马氏体，而心部的组织为来的及变化，这种方法称为表面淬火，如图332所示。所示。表表面面淬淬火火的的零零件件，一一般般是是用用中中碳碳钢钢制制造造的的。表表面面淬淬火火的的加加热热方方法法最最常常用用的的是是火火焰焰加加热热和和感感应应电电加加热热两两种种。火火焰焰加加热热表表面面淬淬火火操操作作
46、工工艺艺如如图图333所所示示。火火焰焰加加热热表表面面淬淬火火的的淬淬硬硬层层深深度度一一般般为为26mm，这这种种操操作作方方法法比比较较简简便便，但但加加热热温温度度不不易易控控制制，钢钢件件表表面面质质量量不够稳定。不够稳定。感应电加热表面淬火是利用感应电流对钢件表面进行加热，然后喷水冷却，使钢件表感应电加热表面淬火是利用感应电流对钢件表面进行加热，然后喷水冷却，使钢件表面淬硬的一种热处理方法。面淬硬的一种热处理方法。感应电加热温度容易控制，加热速度极快，表面质量比较稳感应电加热温度容易控制，加热速度极快，表面质量比较稳定，是目前应用得较为广泛的表面淬火方法。定，是目前应用得较为广泛的
47、表面淬火方法。2022/11/132022/11/133333电厂金属材料二、回火将将淬淬火火后后的的钢钢件件再再加加热热到到临临界界点点AC1以以下下的的某某一一温温度度，经经过过一一定定时时间间的的保保温温，然后以适当的速度冷却到室温，这种方法成为回火。然后以适当的速度冷却到室温，这种方法成为回火。淬淬火火后后的的钢钢件件一一般般是是硬硬而而脆脆，其其组组织织不不稳稳定定而而且且存存着着较较大大的的内内应应力力，如如不不及及时回火，将会影响钢的机械性能和尺寸的稳定性，其至会导致变形和开裂。时回火，将会影响钢的机械性能和尺寸的稳定性，其至会导致变形和开裂。回回火火的的目目的的是是为为了了降降
48、低低钢钢的的脆脆性性，消消除除内内应应力力，稳稳定定尺尺寸寸。控控制制回回火火的的加加热热温温度度，还还可可得得到到所所需需要要的的组组织织和和机机械械性性能能。一一般般情情况况下下，回回火火是是热热处处理理的的最最后一道工序，对钢的机械性能有很大的影响。后一道工序，对钢的机械性能有很大的影响。（一）回火时组织和性能的变化（一）回火时组织和性能的变化回火过程中，随着加热温度的高低不同，淬火成马氏体组织的钢将发生四个回火过程中，随着加热温度的高低不同，淬火成马氏体组织的钢将发生四个阶段的组织变化。阶段的组织变化。2022/11/132022/11/133434电厂金属材料1室温室温200，马氏体
49、分解为回火马氏体，马氏体分解为回火马氏体在在这这一一温温度度回回火火时时，马马氏氏体体不不断断地地析析出出极极细细的的碳碳化化物物(Fe2.4C)。马马氏氏体体的的过过饱饱和和程程度度稍稍有有降降低低。但但由由于于温温度度较较低低，碳碳原原子子的的扩扩散散能能力力很很弱弱，族族化化物物是是弥弥散散地地分分布布在在马马氏氏体体的的基基本本上上与与马马氏氏体体保保持持着着共共格格关关系系，这这种种组组织织称称为为回回火火马马氏氏体体。由由于于碳碳化化物物是是均均弥弥散散得得分分部部在在马马氏氏体体上上的的，所所以以回回火火马马氏氏体体与与淬淬火火马马氏氏体体的的形形态态基基本本一一样样，只只是是在
50、在相相同同腐腐蚀蚀条条件件下下，回回火火比比淬淬火火更更易易腐腐蚀蚀，金金相片中的组织成黑色，如图相片中的组织成黑色，如图334。图3-34 回火后的金相组织2022/11/132022/11/133535电厂金属材料2200300，残余奥氏体分解为回火马氏体，残余奥氏体分解为回火马氏体含碳量大于含碳量大于0.6%的钢，淬火后往往有一部分残余奥氏体组织。当淬火马氏体的钢，淬火后往往有一部分残余奥氏体组织。当淬火马氏体转变为回火马氏体后使体积缩小，从而减小了对残余奥氏体的压力，为其分解提转变为回火马氏体后使体积缩小，从而减小了对残余奥氏体的压力，为其分解提供条件，它也分解为回火马氏体，然后，钢的