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1、机械工程材料 -教材配套PPT课件第五章 钢的热处理第五章 钢的热处理n n改善钢的性能的两条主要途径：改善钢的性能的两条主要途径：改善钢的性能的两条主要途径：改善钢的性能的两条主要途径：n n一是热处理一是热处理一是热处理一是热处理，这是本章要研究的内容。，这是本章要研究的内容。，这是本章要研究的内容。，这是本章要研究的内容。n n二是合金化二是合金化二是合金化二是合金化，这是下几章研究的内容；，这是下几章研究的内容；，这是下几章研究的内容；，这是下几章研究的内容；n n第一节第一节第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变n n第二节第二节第二节第二节
2、钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变n n第三节第三节第三节第三节 钢的退火与正火钢的退火与正火钢的退火与正火钢的退火与正火 n n第四节第四节第四节第四节 钢的淬火钢的淬火钢的淬火钢的淬火n n第五节第五节第五节第五节 钢的回火钢的回火钢的回火钢的回火n n第六节第六节第六节第六节 钢的表面热处理和化学热处理钢的表面热处理和化学热处理钢的表面热处理和化学热处理钢的表面热处理和化学热处理n n第七节第七节第七节第七节 热处理零件质量分析热处理零件质量分析热处理零件质量分析热处理零件质量分析n n第八节第八节第八节第八节 热处理条件与工序位置排列热处理条件与工序位置排
3、列热处理条件与工序位置排列热处理条件与工序位置排列第五章 钢的热处理n n热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改以改以改以改变钢的组织结构变钢的组织结构变钢的组织结构变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺获得所需要性能的一种工艺获得所需要性能的一种工艺获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。n n热处理是一种重要的加工工热处理是一种重要的加工工热处理
4、是一种重要的加工工热处理是一种重要的加工工艺，艺，艺，艺，在制造业被广泛应用。在制造业被广泛应用。在制造业被广泛应用。在制造业被广泛应用。n n在机床制造中在机床制造中在机床制造中在机床制造中约约约约6070%6070%的零的零的零的零件要经过热处理。件要经过热处理。件要经过热处理。件要经过热处理。在汽车、在汽车、在汽车、在汽车、拖拉机制造业中拖拉机制造业中拖拉机制造业中拖拉机制造业中需热处理的需热处理的需热处理的需热处理的零件达零件达零件达零件达7080%7080%。模具、滚动模具、滚动模具、滚动模具、滚动轴承轴承轴承轴承100%100%需经过热处理。需经过热处理。需经过热处理。需经过热处理
5、。n n总之，重要零件总之，重要零件总之，重要零件总之，重要零件都需适当热都需适当热都需适当热都需适当热处理后才能使用处理后才能使用处理后才能使用处理后才能使用。滚动轴承滚动轴承整体热处理：退火、正火、淬火、回火等整体热处理：退火、正火、淬火、回火等整体热处理：退火、正火、淬火、回火等整体热处理：退火、正火、淬火、回火等表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火化学热处理：渗碳、碳氮共渗、渗氮等化学热处理：渗碳、碳氮共渗、渗氮等化学热处理：渗碳、碳氮共渗、渗氮等化学热处理：渗碳、碳氮共渗、渗氮等热处理热处理方法方法 n n依加热、冷却方式等不同，将依加热、
6、冷却方式等不同，将依加热、冷却方式等不同，将依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等n n预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热
7、处理n n预备热处理预备热处理预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。n n最终热处理最终热处理最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线时间时间温度温度/冷却时的实际转变温度分
8、冷却时的实际转变温度分冷却时的实际转变温度分冷却时的实际转变温度分别用别用别用别用ArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm表示表示表示表示.n n因加热冷却速度直接影响因加热冷却速度直接影响因加热冷却速度直接影响因加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册转变温度，因此一般手册转变温度，因此一般手册转变温度，因此一般手册中的数据是以中的数据是以中的数据是以中的数据是以30-5030-50/h/h的的的的速度加热或冷却时测得的速度加热或冷却时测得的速度加热或冷却时测得的速度加热或冷却时测得的.l6、临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线分别
9、用线分别用A1、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢钢加热时的实际转变温度分别用加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示；表示；第一节 钢在加热时的转变n n加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在在在在A A1 1以下加热，不发生相变；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以在临界点以在临界点以在临
10、界点以上加热，以获得均匀的奥氏体组织，称上加热，以获得均匀的奥氏体组织，称上加热，以获得均匀的奥氏体组织，称上加热，以获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化奥氏体化奥氏体化。钢坯加热钢坯加热l一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长奥氏体化也是形核和长大的过程，大的过程，分为四步。分为四步。现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：n n第一步第一步第一步第一步 奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成:首先在首先在首先在首先在 与与与与FeFe3 3C C相界形核相界形核相界形核相界形核.n n第二步第二步第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：奥
11、氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散晶核通过碳原子的扩散晶核通过碳原子的扩散晶核通过碳原子的扩散向向向向 和和和和FeFe3 3C C方向长大。方向长大。方向长大。方向长大。n n第三步第三步第三步第三步 残余残余残余残余FeFe3 3C C 溶解：溶解：溶解：溶解：铁素体的成分铁素体的成分铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近结构更接近结构更接近结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的于奥氏体，因而先消失。残余的于奥氏体，因而先消失。残余的于奥氏体，因而先消失。残余的FeFe3 3C C随保温时间延随保温时间延随保温时间延随保温时间延长继续溶解直至消失。长继续溶解直至消失。长继续溶
12、解直至消失。长继续溶解直至消失。n n第四步第四步第四步第四步 奥氏体成奥氏体成奥氏体成奥氏体成分均匀化分均匀化分均匀化分均匀化:FeFe3 3C C溶溶溶溶解后，其所在部位解后，其所在部位解后，其所在部位解后，其所在部位碳含量仍很高。通碳含量仍很高。通碳含量仍很高。通碳含量仍很高。通过长时间保温使奥过长时间保温使奥过长时间保温使奥过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀氏体成分趋于均匀氏体成分趋于均匀氏体成分趋于均匀.温温度度，共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875退火）退火）n n亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本亚共析钢和过共析钢的奥
13、氏体化过程与共析钢基本亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同相同相同相同。但由于先共析。但由于先共析。但由于先共析。但由于先共析 或二次或二次或二次或二次FeFe3 3C C的存在的存在的存在的存在,要获得要获得要获得要获得全部奥氏体组织全部奥氏体组织全部奥氏体组织全部奥氏体组织,必须相应加热到必须相应加热到必须相应加热到必须相应加热到AcAc3 3或或或或 AcAccmcm以上以上以上以上.二、奥氏体晶粒长大及其影响因素n n1 1、奥氏体晶粒长大、奥氏体晶粒长大、奥氏体晶粒长大、奥氏体晶粒长大n n奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，奥氏体
14、化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此此此此时晶粒细小均匀。时晶粒细小均匀。时晶粒细小均匀。时晶粒细小均匀。n n随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大将进一步长大将进一步长大将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏，这也是一个自发的过程。奥氏，这也是一个自发的过程。奥氏，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。体晶粒长大过
15、程与再结晶晶粒长大过程相同。温来判断。温来判断。温来判断。温来判断。晶粒度为晶粒度为晶粒度为晶粒度为1-4 1-4 级的是级的是级的是级的是本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢，5-8 5-8 级的是级的是级的是级的是本质细晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶。前者晶粒长大倾向大，后者晶。前者晶粒长大倾向大，后者晶。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。粒长大倾向小。粒长大倾向小。粒长大倾向小。l在给定温度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的晶粒度称晶粒度称实际晶粒度实际晶粒度。l加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长大倾向称大倾向称本质晶粒度本质晶
16、粒度。l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢930950温度，温度，晶粒大小晶粒大小Ac1钢的本质粗晶粒度示意图钢的本质粗晶粒度示意图n n2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素n n加加加加热热热热温温温温度度度度和和和和保保保保温温温温时时时时间间间间:加加加加热热热热温温温温度度度度高高高高、保保保保温温温温时时时时间间间间长长长长,晶粒粗大晶粒粗大晶粒粗大晶粒粗大.l合金元素：合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大阻碍奥氏体晶粒长大的元素：的元素：Ti、V、
17、Nb、Zr、W等等碳碳化物和氮化物形成元素化物和氮化物形成元素.促进奥氏体促进奥氏体促进奥氏体促进奥氏体晶粒长大的元素：晶粒长大的元素：晶粒长大的元素：晶粒长大的元素：MnMn、P P、C C、NN。Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响n n加加加加热热热热速速速速度度度度:速速速速度度度度越越越越快快快快,过过过过热热热热度度度度n n越大越大越大越大,形核率越高形核率越高形核率越高形核率越高,晶粒越细晶粒越细晶粒越细晶粒越细.第二节 钢在冷却时的转变n n冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更
18、重要的工序。n n一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程n n处于临界点处于临界点处于临界点处于临界点A A1 1以下的奥氏体称以下的奥氏体称以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体。过冷奥氏体。过冷奥氏体。过冷过冷过冷过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷随过冷随过冷随过冷度不同，过冷奥氏体将发生度不同，过冷奥氏体将发生度不同，过冷奥氏体将发生度不同，过冷奥氏体将发生珠光
19、体转变珠光体转变珠光体转变珠光体转变、贝氏体贝氏体贝氏体贝氏体转变转变转变转变和和和和马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。三种类型转变。三种类型转变。n n现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：n n 珠光体转变珠光体转变珠光体转变珠光体转变n n1 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能n n过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A A1 1到到到到 550 550间将间将间将间将转变为珠光体类型组织转变为珠光体类型组织转变为珠光体类型组织转变为珠
20、光体类型组织，它是，它是，它是，它是铁素体与渗碳体片层相间的机铁素体与渗碳体片层相间的机铁素体与渗碳体片层相间的机铁素体与渗碳体片层相间的机珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体械混合物械混合物，根，根据片层厚薄不据片层厚薄不同，又细分为同，又细分为珠光体珠光体、索氏索氏体体和和托氏体托氏体.n n 珠光体：珠光体：n n形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍倍光镜下可辨，用符号光镜下可辨，用符号P表示表示.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌n n 索氏体索氏体索氏体索氏体n n形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为650 650 600600，片层较薄，片层较薄
21、，片层较薄，片层较薄.800-1000倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌n n 托氏体托氏体托氏体托氏体n n形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为600-550600-550，片层极薄，电镜下可辨，片层极薄，电镜下可辨，片层极薄，电镜下可辨，片层极薄，电镜下可辨，用符号用符号用符号用符号T T 表示。表示。表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌n n珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是三种组织无本质区别，只是三种组织无本质区别，只是三种组织无本质区别，只是
22、形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的.片间距片间距 bHRC l片间距越小，钢的强度、硬度片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善越高，而塑性和韧性略有改善.n n2 2、珠光体转变过程、珠光体转变过程、珠光体转变过程、珠光体转变过程n n珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形渗碳体晶核首先
23、在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体成，在长大过程中，其两侧奥氏体成，在长大过程中，其两侧奥氏体成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核。的含碳量下降，促进了铁素体形核。的含碳量下降，促进了铁素体形核。的含碳量下降，促进了铁素体形核。两者相间形核两者相间形核并长大，形成并长大，形成一个珠光体团一个珠光体团.l珠光体转变珠光体转变是是扩散型转变。扩散型转变。Fe3Cn n 贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变n n1 1、贝氏体的组织形态及贝氏体的组织形态及贝氏体的组织形态及贝氏体的组织形态及性能性能性能性能n n过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在
24、550550-230230(Ms)(Ms)间将转变为贝间将转变为贝间将转变为贝间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体氏体类型组织，贝氏体氏体类型组织，贝氏体氏体类型组织，贝氏体用符号用符号用符号用符号B B表示。表示。表示。表示。n n根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏体贝氏体贝氏体贝氏体又分为又分为又分为又分为上贝氏体上贝氏体上贝氏体上贝氏体(B B上上上上)和和和和下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体(B B下下下下).).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体n n 上贝氏体上贝氏体上贝氏体上贝氏体n n形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为550-5
25、50-350350。n n在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状羽毛状羽毛状.n n在电镜下为在电镜下为在电镜下为在电镜下为不连续不连续不连续不连续棒状的渗碳体分布棒状的渗碳体分布棒状的渗碳体分布棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向于自奥氏体晶界向于自奥氏体晶界向于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁晶内平行生长的铁晶内平行生长的铁晶内平行生长的铁素体条之间。素体条之间。素体条之间。素体条之间。光镜下光镜下电镜下电镜下n n下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体n n形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为350-230350-230(Ms)(Ms)n n在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈
26、竹叶状。竹叶状。竹叶状。竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为在电镜下为细片状碳细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。n n上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产
27、上常用强化组织之一良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一.2 2、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程贝氏体转变也是形核和长大的过程。贝氏体转变也是形核和长大的过程。贝氏体转变也是形核和长大的过程。贝氏体转变也是形核和长大的过程。发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时,首先在奥氏体中的贫碳区形成首先在奥氏体中的贫碳区形成首先在奥氏体中的贫碳区形成首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁
28、素体铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之间，为之间，为之间，为之间，为过饱和铁素体。过饱和铁素体。过饱和铁素体。过饱和铁素体。n n当转变温度较高当转变温度较高当转变温度较高当转变温度较高（550-350550-350)时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁
29、素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出间析出间析出间析出FeFe3 3C C短棒，奥氏体消失，形成短棒，奥氏体消失，形成短棒，奥氏体消失，形成短棒，奥氏体消失，形成B B上上上上 。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程n n贝氏体转变属半扩散型转变贝氏体转变属半扩散型转变贝氏体转变属半扩散型转变贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而，即只有碳原子扩散而，即只有碳原子扩散而，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，铁原子不扩散，铁原子不扩散，铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。晶格类型改变是通过切变实现的。晶格类型改变是通过切变实现
30、的。晶格类型改变是通过切变实现的。l当转变温度较低（当转变温度较低（350-230)时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。下贝氏体转变下贝氏体转变n n 马氏体转变马氏体转变马氏体转变马氏体转变n n当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到 230 230 (Ms)(Ms)以下将转变为马氏以下将转变为马氏以下将转变为马氏以下将转变为马
31、氏体类型组织。体类型组织。体类型组织。体类型组织。n n马氏体转变是强化钢的马氏体转变是强化钢的马氏体转变是强化钢的马氏体转变是强化钢的重要途径之一。重要途径之一。重要途径之一。重要途径之一。n n1 1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构n n碳在碳在碳在碳在 -Fe-Fe 中的过饱和固中的过饱和固中的过饱和固中的过饱和固溶体称马氏体溶体称马氏体溶体称马氏体溶体称马氏体,用用用用MM表示表示表示表示.马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.n n2 2、马氏体的形态、马氏体的形态、马氏
32、体的形态、马氏体的形态n n马氏体的形态分马氏体的形态分马氏体的形态分马氏体的形态分板板板板条条条条和和和和针状针状针状针状两类。两类。两类。两类。n n 板条马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体n n立体形态为细长的立体形态为细长的立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒状扁棒状扁棒状扁棒状n n在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。组织。组织。光镜下光镜下电镜下电镜下n n 针状马氏体针状马氏体针状马氏体针状马氏体n n立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的立体形态
33、为双凸透镜形的片状片状片状片状。显微组织为针状。显微组织为针状。显微组织为针状。显微组织为针状。n n在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶孪晶孪晶孪晶，又称，又称，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体孪晶马氏体孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下n n 马氏体的形态主要马氏体的形态主要马氏体的形态主要马氏体的形态主要取决于其含碳量取决于其含碳量取决于其含碳量取决于其含碳量n nC%C%小于小于小于小于0.2%0.2%时，时，时，时，组组组组织几乎全部是织几乎全部是织几乎全部是织几乎全部是板条马板条马板条马板条马氏体氏体氏体氏体。n
34、nC%C%大于大于大于大于1.0%1.0%时，时，时，时，几几几几乎全部是乎全部是乎全部是乎全部是针状马氏体针状马氏体针状马氏体针状马氏体.n nC%C%在在在在0.21.0%0.21.0%之间之间之间之间为为为为板条与针状的混合板条与针状的混合板条与针状的混合板条与针状的混合组织组织组织组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C板条马氏体量板条马氏体量C，%体积，体积，%n n3 3、马氏体的性能、马氏体的性能、马氏体的性能、马氏体的性能n n高硬度高硬度高硬度高硬度是马氏体性能是马氏体性能是马氏体性能是马氏体性能的主要特点。的主要特点。的主要特点
35、。的主要特点。n n马氏体的硬度主要取马氏体的硬度主要取马氏体的硬度主要取马氏体的硬度主要取决于其含碳量。决于其含碳量。决于其含碳量。决于其含碳量。含碳含碳含碳含碳量增加，其硬度增加。量增加，其硬度增加。量增加，其硬度增加。量增加，其硬度增加。n n当含碳量大于当含碳量大于当含碳量大于当含碳量大于0.6%0.6%时时时时,其硬度趋于平缓。其硬度趋于平缓。其硬度趋于平缓。其硬度趋于平缓。n n合金元素对马氏体硬合金元素对马氏体硬合金元素对马氏体硬合金元素对马氏体硬度的影响不大。度的影响不大。度的影响不大。度的影响不大。马氏体硬度与含碳量的关系马氏体硬度与含碳量的关系n n马氏体强化的主要原因是过
36、饱和碳引起的固溶强化马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化.此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。n n马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。针针针针状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较
37、好。板条马氏体的塑性和韧性较好。板条马氏体的塑性和韧性较好。板条马氏体的塑性和韧性较好。针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌n n4 4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点n n马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：n n无扩散性无扩散性无扩散性无扩散性l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散都不扩散，因而马氏体因而马氏体的含碳量与的含碳量与奥氏体的含奥氏体的含碳量相同。碳量相同。n n
38、降温形成降温形成降温形成降温形成n n马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马氏体点上马氏体点上马氏体点上马氏体点，用，用，用，用Ms Ms 表示表示表示表示.n n马氏体转变终了的温度称马氏体转变终了的温度称马氏体转变终了的温度称马氏体转变终了的温度称下马氏体点下马氏体点下马氏体点下马氏体点，用，用，用，用MMf f 表示表示表示表示.n n只要温度达到只要温度达到只要温度达到只要温度达到MsMs以下即发以下即发以下即发以下即发生马氏体转变。生马氏体转变。生马氏体转变。生马氏体转变。n n在在在在MsMs以下，随温度下降，以下，随温度下降，
39、以下，随温度下降，以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变量增加，冷却中断，转变量增加，冷却中断，转变量增加，冷却中断，转变停止。转变停止。转变停止。转变停止。MfMsM(90%)M(50%)过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变转变转变类型类型类型类型转变转变转变转变产物产物产物产物形成温形成温形成温形成温度，度，度，度，转变转变转变转变机制机制机制机制显微组织特征显微组织特征显微组织特征显微组织特征HRCHRC获得获得获得获得工艺工艺工艺工艺珠珠珠珠光光光光体体体体P PA A1 1650650扩扩扩扩散散散散型型型型粗片状，粗片状，粗片状，粗片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相
40、间分布相间分布相间分布5-205-20退火退火退火退火S S650600650600细片状，细片状，细片状，细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布相间分布相间分布20-3020-30正火正火正火正火T T600550600550极细片状，极细片状，极细片状，极细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布相间分布相间分布30-4030-40等温等温等温等温处理处理处理处理贝贝贝贝氏氏氏氏体体体体B B上上上上550350550350半扩半扩半扩半扩散型散型散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状FeFe3 3C C分布于分布于分布于分布于过饱和过饱和
41、过饱和过饱和F F条之间条之间条之间条之间40-5040-50等温等温等温等温处理处理处理处理B B下下下下350M350MS S竹叶状，细片状竹叶状，细片状竹叶状，细片状竹叶状，细片状FeFe3 3C C分布于分布于分布于分布于过饱和过饱和过饱和过饱和F F针上针上针上针上50-6050-60等温等温等温等温淬火淬火淬火淬火马马马马氏氏氏氏体体体体MM针针针针MMS SMMf f无扩无扩无扩无扩散型散型散型散型针状针状针状针状60-6560-65淬火淬火淬火淬火MM*板条板条板条板条MMS SMMf f板条状板条状板条状板条状5050淬火淬火淬火淬火二、二、过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图n
42、 n过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变等温转变等温转变和和和和连续冷却转连续冷却转连续冷却转连续冷却转变变变变两种。两种。两种。两种。两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温处理等温处理2连续冷却连续冷却A1n n过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图变图变图是是是是表示奥氏体急表示奥氏体急表示奥氏体急表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点速冷却到临界点速冷却到临界点A A1 1 以以以以下在各不同温度下的下在各不同温度下的下在各不同温度下的下在各不同温度下的保温过程中转变量与保
43、温过程中转变量与保温过程中转变量与保温过程中转变量与转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线.又称又称又称又称C C 曲线、曲线、曲线、曲线、S S 曲线曲线曲线曲线或或或或TTTTTT曲线。曲线。曲线。曲线。过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图A15506502s10s5s2s5s10s30s40sn n2 2、C C 曲线的分析曲线的分析曲线的分析曲线的分析n n 转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐标之间的距离为标之间的距离为标之间的距离为标之间的距离为孕育孕育孕育孕育期期期期。n n孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥
44、孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小氏体稳定性越小氏体稳定性越小氏体稳定性越小.n n孕育期最小处称孕育期最小处称孕育期最小处称孕育期最小处称C C 曲曲曲曲线的线的线的线的“鼻尖鼻尖鼻尖鼻尖”。碳钢碳钢碳钢碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550550。n n在鼻尖以上在鼻尖以上在鼻尖以上在鼻尖以上，温度较，温度较，温度较，温度较高，相变驱动力小。高，相变驱动力小。高，相变驱动力小。高，相变驱动力小。n n在鼻尖以下在鼻尖以下在鼻尖以下在鼻尖以下，温度较，温度较，温度较，温度较低，扩散困难。低，扩散困难。低，扩散困难。低，扩散困难。从而从而从而从而使奥
45、氏体稳定性增加使奥氏体稳定性增加使奥氏体稳定性增加使奥氏体稳定性增加.n n C C曲线明确表示了曲线明确表示了曲线明确表示了曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物度下的等温转变产物度下的等温转变产物度下的等温转变产物.n n3 3、影响、影响、影响、影响 C C 曲线的因素曲线的因素曲线的因素曲线的因素n n 成分的影响成分的影响成分的影响成分的影响 n n 含碳量的影响：含碳量的影响：含碳量的影响：含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C C曲曲
46、曲曲线最靠右。线最靠右。线最靠右。线最靠右。MsMs 与与与与MMf f 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。n n与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C C曲线的上部各曲线的上部各曲线的上部各曲线的上部各多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。n n 合金元素的影响合金元素的影响合金元素的影响合金元素的影响n n除除除除CoCo外外外外,凡溶入奥氏体的合金元素都使凡溶入奥氏体的合金元素都使凡溶入
47、奥氏体的合金元素都使凡溶入奥氏体的合金元素都使C C曲线曲线曲线曲线右移右移右移右移.n n除除除除CoCo和和和和AlAl外，所有合金元素都使外，所有合金元素都使外，所有合金元素都使外，所有合金元素都使MsMs 与与与与MMf f 点下降。点下降。点下降。点下降。CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响n n奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响n n奥氏体化温度提高和保温时奥氏体化温度提高和保温时奥氏体化温度提高和保温时奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、间延长，使奥氏体成分均匀、间延长，使奥氏体成分均匀、间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未
48、溶碳化物减少，晶粒粗大、未溶碳化物减少，晶粒粗大、未溶碳化物减少，晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，增加了过冷奥氏体的稳定性，增加了过冷奥氏体的稳定性，增加了过冷奥氏体的稳定性，本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢930950温度，温度，晶粒大小晶粒大小Ac1奥氏体化温度对晶粒度的影响奥氏体化温度对晶粒度的影响 使使C 曲线右移。曲线右移。l使用使用C 曲线时应注意奥曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的氏体化条件及晶粒度的影响。影响。n n 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图n n过冷奥氏体连续冷却转变图
49、又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCTCCT(C Continuousontinuous-C Coolingooling-T-Transformationransformation diagramdiagram)曲线曲线曲线曲线，是通过测，是通过测，是通过测，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线n n1 1、共析钢
50、的共析钢的共析钢的共析钢的CCTCCT曲线曲线曲线曲线n n共析钢的共析钢的共析钢的共析钢的CCTCCT曲线没曲线没曲线没曲线没有贝氏体转变区有贝氏体转变区有贝氏体转变区有贝氏体转变区，在，在，在，在珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多了一条转变中止线。了一条转变中止线。了一条转变中止线。了一条转变中止线。n n当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光体转变中止，余下的体转变中止，余下的体转变中止，余下的体转变中止，余下的奥氏体一直保持到奥氏体一直保持到奥