第三章 珠光体转变与钢的退火和正火

钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）材料科学与工程学院珠光体转变与钢的 退火和正火第三章钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）退火：将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温后随炉缓慢 冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺目的： （1）消除组织缺陷；（2）均匀化学成分及组织，细化晶粒，提高钢的力学性能， 减少残余应力；（3）降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能获得珠光体组织的热处理工艺第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）各种退火加热温度范围第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）正火：将钢加热至Ac3或Acm以上适当温度，保温后在空气中冷却得到 珠光体类组织的热处理工艺。

与完全退火不同点：正火冷却速度较快，转变温度较低，因此 获得的珠光体组织较细，钢的强度和硬度也较高目的： （1）改善钢的切削加工性能；（2）消除热加工缺陷组织，均匀组织，细化晶粒，消除内应力；（3）消除过共析钢的网状碳化物，便于球化处理；（4）提高普通结构零件的机械性能应用：一般作为预备热处理，也可作大型或形状复杂零件的终热处理第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）本章内容：§3-1 钢的冷却转变概述 §3-2 珠光体的组织和性能 §3-3 珠光体转变机理 §3-4 先共析转变 §3-5 珠光体转变的动力学 §3-6 合金钢中其它类型的奥氏体高温分解转变 §3-7 钢的退火和正火第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）掌握珠光体的组织形态与晶体结构；掌握珠光体的形成机理；掌握钢的退火和正火工艺及珠光体的力学性能；掌握先共析转变重点珠光体（片状和粒状）的形成机理先共析产物的形成机理难点第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）珠光体转变在热处理（退火与正火）实践中极为重要：u 退火与正火可以作为最终热处理。

形成铁素体和渗碳体组成的机械混合物，铁素体为体心立方，硬度低而塑性高；渗碳体为正交晶系，质硬而脆，两者合理的匹配，可得到良好的综合力学性能，是钢中的重要相变作为最终热处理，获得一定形态的珠光体，使结构件具有良好的综合力学性能u 退火与正火可以作为中间热处理发生珠光体转变的热处理可作为机加工的中间热处理，消除因前一道工序造成的加工硬化，改善机加工性能，便于下道工序的切削加工u 退火与正火也可以作为预备热处理用得更为广泛的则是作为淬火的 预先热处理，为淬火作好组织上的准备u 保证不发生珠光体转变对于要求高硬度、高强度的构件，则希望获得马氏体，为避免因工艺不当使组织中出现珠光体，则必须研究珠光体的形成动力学珠光体转变的过程、转变机理、转变动力学、影响因素、珠光体转变产物性能学习珠光体转变的意义：第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）u何为珠光体?珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的 铁素体与渗碳体的共析体u何为珠光体转变？平衡相变扩散型相变共析相变第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）钢在冷却时发生的组织转变，既可在某一恒定温度下进行，也 可以在连续冷却过程中进行。

3.1 钢的冷却转变概述热 加保温时间温度临界温度A1连续冷却等温冷却第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）过冷奥氏体转变图u过冷奥氏体转变图是用来表示在不同冷却条件下过冷奥氏 体转变过程的起止时间和各种类型组织转变所处的温度范 围的一种图形u如果转变在恒温下进行，则为过冷奥氏体等温（恒温）转 变图，又称IT （Isothermal Transformation）图u如果转变是在连续冷却条件下进行，则为连续冷却转变图 ，又称CT或CCT（Continuous Cooling ransformation）图 有些教科书也把恒温转变曲线称为TTT曲线（ Temperature Time Transformation)第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）一、过冷A的等温转变（以共析钢为例）1.IT图 A1-1000100200300400500600700110102103104时间/(s)温度 (℃)第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）在A1温度以下某一确定温度，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离为过冷奥氏体在该温度下的孕育期，孕育期的长短表示过冷奥氏体稳定性的高低。

在A1以下，随等温温度降低，孕育期缩短，过冷奥氏体转变速度增大，在550℃左右共析钢的孕育期最短，转变速度最快此后，随等温温度下降，孕育期又不断增加，转变速度减慢过冷奥氏体转变终了线与纵坐标之间的水平距离则表示在不同温度下转变完成所需要的总时间转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕育期的变化规律相似第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）共析碳钢 C曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产 物转变开始线A向产物 转变终止线A+ 产物区产物区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度 (℃)0400A1MsMfM+A′M第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）2.过冷奥氏体的转变产物及转变过程（1）珠光体型转变（又称高温转变）发生温度： A1---550℃ 转变产物：珠光体A1---6500C：珠光体片层较粗， P（珠光体-） 6500C---6000C：珠光体层片较细，S（索氏体- ） 6000C--5500C：珠光体层片极细，T (屈氏体－）珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度 有关。

温度越低，珠光体的层片越细层片变细， 强度硬度增加，塑性韧性有所增加 第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）（2）贝氏体型转变（又称中温转变）转变温度： 550—Ms（230℃） 转变产物：贝氏体（bainite）----由过饱和F和渗碳体组成的混 合物用符号B表示分类：按组织形态不同分为：上贝氏体（upper bainite ）（B上）：550~350℃羽毛状 组织，强度与塑性都较低，脆性很高下贝氏体（lower bainite ） （ B下）：350℃~ Ms针片状组织，综合性能好第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）（3）马氏体转变（又称低温转变）转变温度：Ms（230°C）－Mf 转变产物：马氏体（martensite ）+A′(residual austenite ) 马氏体：碳在α-Fe中形成的过饱和固溶体，用M表示 分类： 低碳马氏体呈板条状，具有较高的强度和塑韧性也称板条M 高碳马氏体呈透镜状，片状，中间有脊线。

其强度很高，但塑 韧性差，脆性大 低碳马氏体高 碳 马 氏 体第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）共析钢C曲线及转变产物 第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）F AP + F S + F TBM+A’A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度 (℃)0400A1MsMf亚共析钢的C曲线第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡT + Fe3CⅡBM+A’Fe3CⅡ AACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度 (℃)0400A1MsMf过共析钢的C曲线第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）二、过冷A连续转变冷却曲线（CCT曲线 ）(Continuous Cooling Transformation)许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、水冷淬火等。

在连续冷却过程中，过冷奥氏体同 样能进行等温转变时所发生的几种转变，即：珠光体转变、贝 氏体转变和马氏体转变等，而且各个转变的温度区也与等温转 变时的大致相同在连续冷却过程中，不会出现新的在等温冷 却转变时所没有的转变但是，奥氏体的连续冷却转变不同于 等温转变因为，连续冷却过程要先后通过各个转变温度区， 因此可能先后发生几种转变而且，冷却速度不同，可能发生 的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和 性能也不同所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律 性也不像等温转变那样明显，形成的组织也不容易区分 第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）Vc （上临界冷却速度） 即获得全部M的 最小冷却速度时间 t温度℃A1Pf （P转变终了线）Ps （P转变开始线）A+PK（P转变中止线）MsMf水冷油冷 Vc` （下临界冷却速度） 即过冷A全部得 到P的最大冷却速度炉冷空冷过冷A区产物区M+A′M-100℃0℃230℃第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）Ø 只有P、M转变 Ø vk为临界冷却速度V1γ‖ α•而在亚共析钢中，先共析铁素体与奥氏体的位向关系为：{111} γ‖ {110} α， γ‖ α 第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）在珠光体团中，铁素体和渗碳体可以看成是两个互相穿插的单晶体，这两个相与所在的原奥氏体晶粒都没有一 定的晶体学位向关系。

但是在一个珠光体团中，铁素体 与渗碳体之间总有一个确定的位向关系第一类第二类（相差2°36′）（相差2°36′）•通常有两类：第三章 珠光体转变与钢的退火和正火钢 的 热 处 理（ 原 理 和 工 艺）3.3 珠光体转变机理一、一般概述 珠光体转变渗碳体 （6.69C%）铁素体 （0.0218C%)奥氏体 （0.77C%）转变过程：原子扩散点阵重构 两个阶段： 1.形核2、长大（横向和纵向）Ø 钢为共析成分。