6第四章金属强化理论和钢的热处理1ppt课件

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1、第四章第四章 金属强化理论和金属强化理论和钢的热处理钢的热处理 第一节第一节 金属强化理论简介金属强化理论简介一、金属强度的实质一、金属强度的实质 金属的强度指标(s、b)是代表着金属在一定变形过程中对塑性变形的抵抗能力。金属对塑性变形的抗力愈大，则强度愈高。总之，在实际工程材料中，一切阻碍位错运动的因素都会使金属的强度提高，造成强化。 通过前面讨论，可以找出提高实际金属强度的两个基本途径：其一是制造不含位错的完整的金属晶体；目前强化金属材料的主要手段，即通过增加实际金属晶体中位错数目及其移动阻力来提高金属强度。例如，加工硬化，细化晶粒与亚晶粒，加大晶体空位浓度及溶入异类原子造成各种形式的晶格

2、畸变，增大第二相粒子的弥散度以及位错与溶质原子应力场之间作用形成的柯氏气团等等，这些都会使位错数目增多及移动的阻力增大，从而导致金属材料变形抗力的升高。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1二、金属强化机制二、金属强化机制 阻碍位错运动的障碍可以有四种：第一种是溶质原子，引起固溶强化；第二种是晶界，引起细晶强化；第三种是第二相粒子，引起沉淀强化(或弥散强化)；第四种是位错本身，引起位错强化。 1. 1.固溶强化：固溶强化：合金组织中的溶质原子与溶剂金属原子大小不同，溶剂晶格发生畸变，并在周围造成一个弹性应力场与运动位错的应力场发生交互作用，增大了位错运动的阻力，

3、使金属的滑移变形困难，从而提高合金的强度和硬度，这便是固溶强化。 2.2.细晶强化：细晶强化：晶界是一种面缺陷，能有效地阻碍位错运动，使金属强化。晶粒越细，晶界越多也越曲折，强化作用越显著，强化量与晶粒直径的平方根成反比。 3.3.第二相强化：第二相强化：当合金由多相混合物组成时，合金中除了基体之外还常常存在第二相。此时合金的性能不仅决定于基体的性能，也决定于第二相的性质、大小、形状和分布。材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化，称为弥散强化（也称沉淀强化)。第二相质点弥散度越高，强化效果也越明显。 4.4.位错强化：位错强化：运动位错碰上与滑移面相交的其它位错时，发生交割面位错

4、使运动受阻，其所造成的强化量与金属中的位错密度的平方根成正比。金属的冷变形能产生大量位错，强化效果显著。合金中的相变，特别是低温下伴随有容积变化的相变如马氏体相变等，都会产生大量的位错，使合金显著强化。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1三、材料强化途径应用举例三、材料强化途径应用举例 实际使用的金属材料，往往是上述几种强化机理同时在起作用，以获得尽可能好的强化效果。常见机械工程材料强化途径有： 1.1.合金强化：合金强化：如低碳低合金高强度钢，此钢系统是利用V、Ti、B、Nb、RE及Mn、Si等建立起来的。材料强化特点是：加入少量Si、Mn、Cu、P等元素

5、强化铁素体(固溶强化)，加入微量Al、Cu、V、Ti、Nb等元素使晶粒细化并产生细小析出物NbC、VC等(细晶强化和第二相强化)，达到综合强化的效果。 2.2.马氏体强化：马氏体强化：是通过热处理获得马氏体组织使钢得以强化的方法，是钢铁材料强化的重要手段。马氏体强化主要是通过碳在-Fe中的过饱和溶解造成固溶强化，但同时也伴有其它强化作用，如目前已得到广泛应用的低碳马氏体，除固溶强化外，由于组织转变中的容积变化和滑移过程、使其组织中的每个板条都存在着很高密度的位错，即位错强化效果十分显著，同时板条之间存在着小角度晶界以及马氏体转变时伴有细小碳化物的析出，所以还有细晶强化和第二相强化的因素存在，因

6、而热处理对材料的强化作用也是综合性的。 3.3.纤维增强复合强化：纤维增强复合强化：用高强度纤维同适当的基体材料相结合而达到强化材料的方法，称为纤维增强复合强化。如几乎不存在位错而近于理想晶体的晶须，虽直径甚小，然而强度极高，工业上用以制成纤维置于基体材料(金属或高聚物)之中，使材料得以强化。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1第二节第二节 钢的热处理概述钢的热处理概述 热热处处理理是将金属或合金在固态下经过加加热热、保保温温和冷冷却却三个步骤，以改变其整体或表面的组织，从而获得所需性能的一种工艺(图4-2)。它可以提高材料的强度和硬度，增加耐磨性或者改善材料

7、的塑性和切削加工性等。通过热处理可以充分发挥合金元素的作用和挖掘材料的潜力，延长机械的使用寿命并降低金属材料的消耗。目前，各种类型的机床上有80左右的零件需进行热处理，而刀具、量具、模具和轴承等则l00的需进行热处理。按照应用特点，热处理工艺可大致分类如下：(1)普通热处理 退火退火、正火正火、淬火淬火和回火回火等。(2)表面热处理和化学热处理 表面热处理包括感应感应加热淬火、火焰火焰加热淬火和电接触电接触加热淬火等；化学热处理包括渗碳渗碳、渗氮渗氮、碳氮共渗碳氮共渗、渗渗硼硼、渗铝渗铝、渗铬渗铬等。(3)其他热处理其他热处理 包括可控气氛可控气氛热处理、真空真空热处理和形变形变热处理等。图4

8、-2热处理工艺曲线 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1钢的钢的热处理基础热处理基础 钢在热处理时，首先要将工件加热，使之转变成奥氏体组织，这一过程也称为奥氏体化奥氏体化。加热时奥氏体化的程度及晶粒大小，对其冷却转变过程及最终的组织和性能都有极大的影响。因此了解奥氏体形成的规律，是掌握热处理工艺的基础。 大多数热处理工艺都要将钢加热到临界温临界温度度以上（奥氏体区），使室温组织转变为均匀奥氏体。铁碳合金状态图中的A1、A3和Acm线都是反映了不同含碳量的钢在加热和冷却时的平衡状态下组织转变的临界温度(或称临界点)。由于在实际冷却过程中,冷却速度不可能无限缓慢，

9、总有过冷现象(加热时，转变也有过热现象)，如图4-3所示，因而，实际上的临界温度(不平衡状态)就与状态图中(平衡状态)有所不同。为区别起见，把冷却时的临界点加上注脚r,即Ar1，Ar3、Arcm;把加热时的临界点加上注脚c，即Ac1，Ac3、Accm。图4-3 钢在加热和冷却时 临界点在相图中的变化6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1第三节第三节 钢的加热转变钢的加热转变 一奥氏体形成的过程一奥氏体形成的过程 钢在加热时获得奥氏体组织的过程称为奥奥氏氏体体化化。钢在加热时，奥氏体的形成过程符合相变的普遍规律，也是通过形形核核及核心长长大大来完成的。以共析钢为例

10、，原原始始组组织织为为珠珠光光体体，当加热到Ac1温度以上时，发生珠光体向奥氏体的转变：Fwc=0.02%+Fe3Cwc=6.69%Awc=0.77% 这一转变是由化学成分、晶格类型都不相同的两个相转变成为另一个成分和晶格类型的新相，在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布，这一变化均需要通过原子的扩散来完成，所以奥氏体的形成是属于扩散型转变、奥氏体的形成一般分为四个阶段，如图4-4所示。 图4-4 共析钢中奥氏体形成过程示意图 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1（( (共析钢)奥氏体的形成四个阶段）奥氏体的形成四个阶段） (1)奥奥氏氏体体晶晶核核的的

11、形形成成 奥氏体晶核一般优先在铁素体和渗碳体相界处形成。这是因为在相界处，原子排列紊乱，能量较高，能满足晶核形成的结构、能量和浓度条件。(2)奥奥氏氏体体晶晶核核的的长长大大 奥氏体晶核形成后，它一面与铁素体相接，另一面和渗碳体相接，并在浓度上建立起平衡关系。由于和渗碳体相接的界面碳浓度高，而和铁素体相接的界面碳浓度低，这就使得奥氏体晶粒内部存在着碳的浓度梯度，从而引起碳不断从渗碳体界面通过奥氏体晶粒向低碳浓度的铁素体界面扩散，为了维持原来相界面碳浓度的平衡关系，奥氏体晶粒不断向铁索体和渗碳体两边长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。(3)残残余余渗渗碳碳体体的的溶溶解解 在奥氏体形成过程中，

12、奥氏体向铁素体方向成长的速度远大于渗碳体的溶解因此在奥氏体形成之后，还残留一定量的未溶渗碳体。这部分渗碳体只能在随后的保温过程中，逐渐溶入奥氏体中，直至完全消失。(4)奥奥氏氏体体成成分分的的均均匀匀化化 渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳浓度的分布并不均匀，原来属于渗碳体的地方含碳较多，而属于铁素体的地方含碳较少，必须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。 (亚共析钢和过共析钢中奥氏体的形成过程与共析钢基本相同亚共析钢和过共析钢中奥氏体的形成过程与共析钢基本相同 )6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1二、奥氏体晶粒度及其影响因素二、奥氏体晶粒度及其影响因素

13、奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的性能有着重要的影响。热处理加热时获得细小均匀的奥氏体晶粒，冷却后钢的力学性能就好。奥氏体晶粒大小是评定加热质量的主要指标之一。（1 1）晶粒度晶粒度（定义）是表示晶粒大小的尺度。1-4级为粗晶粒，5-8级细晶粒。 （2）晶粒度的种类：）晶粒度的种类：有三种不同概念的晶粒度。 1)起始起始晶粒度 是指珠光体刚刚转变为奥氏体的晶粒大小。一般细小均匀。 2)实际实际晶粒度 实际加热条件下得到的奥氏体晶粒度。 3)本质本质晶粒度 代表着钢的晶粒长大倾向。冶金标准(YBT51481993)中规定，将钢试样加热到(93010)、保温38h，冷却后制成金相试样。在显徽镜下放大1

14、00倍观察，然后再和标准晶粒度等级图比较确定的该试样的晶粒度。它取决于钢的成分及冶炼方法。用铝脱氧的钢以及含钛、钒、铅等元素的合金钢都是本质细晶粒钢。用硅、锰脱氧的钢为本质粗晶粒钢。本质细晶粒钢在加热温度超过一定限度后，晶粒也会长大粗化。图3-4所示为两种钢加热时晶粒的长大倾向。图3-4加热温度与晶粒大小6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1（3）影响奥氏体晶粒大小的因素影响奥氏体晶粒大小的因素 奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越细细，其其冷冷却却产产物物的的强强度度、塑塑性性和和韧韧性性越越好好。影响奥氏体晶粒大小的主要因素有：1)加加热热温温度度和和保保温温时时间间

15、加热温度是影响奥氏体晶粒长大最主要的因素。随着加热温度的升高，奥氏体聚集长大。温度越高，奥氏体晶粒长大愈剧烈；在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒就越粗大。2) 加加热热速速度度 加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。 3)钢钢的的化化学学成成分分 增加奥氏体中的碳含量，将增大奥氏体的晶粒长大倾向。当钢中含有形成稳定碳化物、氮化物的合金元素(如铬、钒、钛、钨、钼等)时，这些碳化物和氮化物弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒长大。而磷、锰则有加速奥氏体晶粒长大的倾向。4)原始组织原始组织 一般愈细，加热后的起始晶粒也愈细。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的

16、热处理 1第四节第四节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 铁碳合金状态图上所示室温下的钢的组织，是在非常缓慢的冷却条件下形成的，如果冷却条件不同，钢的实际组织与状态图上的组织力学性能就有区别。钢加热后处在临界点以下的奥氏体并不立即发生转变，这种在临界点以下存在的奥氏体，称为过冷奥氏体冷奥氏体。 钢的加热并不是热处理的最终目的，冷却是热处理更重要的工序，因为钢的常温性能与其冷却后的组织密切相关。钢在不同的过冷度下可转变为不同的组织，包括平衡组织和非平衡组织。 过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变：即珠光体珠光体转变、贝贝氏体氏体转变和马氏体马

17、氏体转变。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1一、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 1. 1.珠光体型转变珠光体型转变高温转变高温转变(A1550) 奥氏体向珠光体的转变是一种扩散型转变，它们也是由形核形核和核心长大长大，并通过原子扩散和晶格重构的过程来完成的，如右图所示。首先，新相的晶核优先在奥氏体的晶界处形成，一般认为形成珠光体的领先相是渗碳体。由于渗碳体碳的质量分数(wc=6.69)比奥氏体(WC=0.77)高得多，因此它需要从周围的奥氏体中吸收碳原子才能长大，这样就造成附近的奥氏体贫碳，为形成铁素体创造了条件，于是在渗

18、碳体两侧通过晶格改组形成铁素体。而在铁素体长大的过程中，不断向周围奥氏体排出碳，形成局部富碳区，又促进了另一片渗碳体的形成。这样不断交替地生核长大直到各个珠光体区相互接触，奥氏体全部消失为止。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 高温转变产物都是片层相间的珠光体，但由于转变温度不同原子扩散能力及驱动力不同，其片层间距差别很大，一般转变温度愈低，层间距愈小。 习惯上把珠珠光光体体型型组组织织分为珠珠光光体体(P)、索索氏氏体体(s)和托托氏氏体体(T)，但它们从组织上并没有本质的区别，也没有严格的界限，只在形态上有片间距的不同。下表为它们大致形成的温度和性能。

19、 由表可见，转变温度较高即过冷度较小时，铁、碳原子易扩散，获得的珠光体片层较粗大。转变温度越低，过冷度越大，获得的珠光体组织就越细。珠光体的力学性能也随着片间距变小而提高。珠光体的力学性能也随着片间距变小而提高。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 珠珠 光光 体体 形形 貌貌 像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1光镜形貌电镜形貌 索索 氏氏 体体 形形 貌貌 像像6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 托（托（屈屈）氏）氏 体体 形形 貌貌 像像电镜

20、形貌光镜形貌6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 2. 2.贝氏体型转变贝氏体型转变中温转变中温转变 (550Ms) 过冷奥氏体在，550-Ms的中温区等温转变的产物称为贝氏体贝氏体，用符号B表示。 在中温转变区，由于转变温度低，过冷度大，只有碳原子有一定的扩散能力，这种转变属于半扩散型转变。在这个温度下，有一部分碳原子在铁素体中已不能析出，形成过饱和的铁素体，碳化物的形成时间增长，渗碳体已不能呈片状析出。因此，转变前的孕育期和进行转变的时间都随温度的降低而延长，贝贝氏氏体体是是碳碳化化物物(渗渗碳碳体体)分分布布在在过过饱饱和和碳碳的的铁铁素体基体上的两相混

21、合物。素体基体上的两相混合物。 根据转变温度和产物组织形态的差异，贝氏体又分为550350范围内形成的上上贝贝氏氏体体(B上)，和在350Ms范围内形成的下贝氏体下贝氏体(B下)。 上上贝贝氏氏体体的形成过程如上图所示。首先在奥氏体晶界上形成铁素体晶核，然后向晶内沿一定方向成排长大。在上贝氏体温度区内，碳原子有一定的扩散能力，铁素体片长大时，它能从铁素体中扩散出去，使周围的奥氏体富碳，当铁素体片间的奥氏体的碳达到一定浓度时，便从中析出小条状或小片状渗碳体，断续地分布在铁素体片之间，形成羽毛状的上贝氏体如下图所示。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 上贝氏体组

22、织金相图上贝氏体组织金相图上贝氏体上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 下下贝贝氏氏体体的形成过程如图4-7b所示。铁素体晶核首先在奥氏体晶界或晶内某些畸变较大的地方生成，然后沿奥氏体的一定方向呈针状长大。由于下贝氏体转变温度较低，碳原子扩散能力较小，已不能长距离穿过铁素体扩散，只能在铁素体中沿一定晶面以细碳化物粒子的形式析出，在光学显微镜下，下贝氏体为黑色针状组织，很像回火马氏体，如右下图所示。 在电子显微镜下观察发现铁素体内极细的碳化物粒子与铁素体轴呈5560夹角：由于下下贝贝氏氏体体组组织织中中的的针针状状铁铁素素

23、体体细细小小且且无无方方向向性性，碳碳的的过过饱饱和和度度大大，碳碳化化物物分分布布均均匀匀，弥弥散散度度大大，所所以以它它的的强强度度和和硬硬度度高高(5060HRC)，并并且且具具有有良良好好的的塑塑性性和和韧韧度度。因而许许多多机机械械零零件件经经常常选选用用等等温温淬淬火火热热处处理理，以以得得到到综合力学性能较好的下贝氏体组织综合力学性能较好的下贝氏体组织。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图 下贝氏体下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。 6 第四

24、章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 13.3.马氏体型转变马氏体型转变低温转变低温转变(MsMf) 过冷奥氏体以某一冷却速度(大于临界冷却速度vk)冷却到Ms点以下(230)时，将转变为马氏体马氏体(M)。 与珠光体和贝氏体转变不同，马氏体转变不能在恒温下马氏体转变不能在恒温下完成，而是在完成，而是在MsMf间的一个温度范围内连续冷却完成间的一个温度范围内连续冷却完成。由于转变温度很低，铁和碳原子都失去了扩散能力，因此马氏体转变属于非扩散型转变。 马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体。 马氏体转变是强化钢的重要途径之一。马氏体转变是强化钢的重要

25、途径之一。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1过冷奥氏体向马氏体的转变过冷奥氏体向马氏体的转变 (1)马马氏氏体体的的形形成成 也存在一个形形核核和长长大大的过程。因为转变温度低，铁、碳原子不能扩散，而转变的驱动力极大，所以马氏体是以一种特殊的方式共格切变的方式形成并瞬时长大到最终尺寸，所谓共共格格切切变变是指沿着奥氏体的一定晶面，铁原子集体地、不改变相互位置关系地移动一定的距离(不超过一个原子间距)，并随即进行轻微的调整，由体体心心立方晶格改组成体体心心正方晶格。碳原子原地不动留在新组成的晶胞中，由于溶解度的不同，这些碳原子总是过饱和的溶于-Fe晶格的间隙

26、位置，即马马氏氏体体是是碳碳在在-Fe中中的的过过饱饱和固溶体和固溶体。图4-14 马氏体的晶体结构(2)马氏体的晶格结构马氏体的晶格结构 马氏体由于过饱和的碳强制地分别在晶胞某一晶轴的空隙处，使-Fe体心立方晶格挤歪成体心正方晶格，使z轴伸长为C，如图4-14所示。 C /a 为马氏体的正方度为马氏体的正方度。随着碳含量增多， C /a 增大。马氏体的比体积明显大于奥氏体，容易产生变形与开裂。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1(3)马氏体的组织形态马氏体的组织形态 马氏体的组织形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形成条件有关。其形态主要分为两大类，即

27、板条板条（低碳）马氏体马氏体和针片状（针片状（高碳）马氏马氏体体。影响马氏体形态的主要因素是奥氏体的碳的质量分数。碳的质量分数低于0.25时为典型的板条马氏体；碳的质量分数大于1.0，几乎全是片状马氏体；碳的质量分数在0.25-1.0之间时，是板条状和片状两种马氏体的混合织。板条马氏体又称为低碳马氏体板条马氏体又称为低碳马氏体，在光学显微镜下它是束束大致相同并几乎平行排列的细板条组织。马氏体束之间的角度较大，如图4-15所示在一个奥氏体晶粒内，可以形成不同位向的许多马氏体区。由高倍透射电镜观察表明。在板条马氏体内有大量位错缠结的亚结构。板条马氏体也称为位错板条马氏体也称为位错马氏体。马氏体。

28、图4-15 板条低碳马氏体6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 低碳板条状马氏体组织金相图低碳板条状马氏体组织金相图6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 针片状马氏体针片状马氏体又称为高碳马氏体高碳马氏体，在光学显微镜下呈针状或双凸透镜状，马氏体片一般不穿越奥氏体晶界，先形成的马氏体片可以横贯整个奥氏体晶粒，尺寸较大，随后形成的马氏体片受到限制而愈来愈小。相邻的马氏体片一般互不平行，而是呈一定角度排列，如右图所示。由高倍透射电镜观察表明，马氏体片内有大量细小的孪晶亚结构。所以片状马氏体片状马氏体也称为也称为孪晶马氏体孪晶马氏体

29、。奥氏体晶粒愈粗，形成的马氏体片奥氏体晶粒愈粗，形成的马氏体片愈粗大。反之形成的马氏体片就愈愈粗大。反之形成的马氏体片就愈细小细小。在实际热处理加热时得到的奥氏体晶粒非常细小，淬火得到的马氏体片也非常细，以致于在光学显微镜下看不出马氏体晶体形态这种马氏体也称为隐晶马氏体隐晶马氏体。 针片状高碳马氏体6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1(4)马氏体的性能马氏体的性能 高硬度是马氏体性能的主要特点高硬度是马氏体性能的主要特点。 由于马氏体是含

30、碳过饱和的固溶体，其晶格畸变严重歪扭，内部又存在大量的位错或孪晶亚结构，各种强化因素综合作用后，其硬硬度度和和强强度度大大幅幅度度提提高高，而而塑塑性性、韧韧度度急急剧下降剧下降，碳的质量分数愈高，强化作用愈显著。 高高碳碳针针片片状状马马氏氏体体碳碳的质量分数较高，晶格畸变严重，淬火应力较大往往存在许多显微裂纹。硬硬度度高高、脆脆性性大大，塑性和韧性差。塑性和韧性差。 低低碳碳板板条条马马氏氏体体中碳的过饱和度小，淬火应力低，不存在显微裂纹。同时其亚结构为分布不均匀的位错，低密度的位错区为位错提供了活动余地，所以板条马氏体的硬硬度度较高，强度韧性也好较高，强度韧性也好，得到了广泛的应用。6

31、第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1(5)马氏体转变的特点马氏体转变的特点 马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。 其主要特点是：无扩散性无扩散性 铁和碳原子都不发生扩散，故马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。共格切变性共格切变性 由于没有扩散，晶格的转变是以切变机制进行的。切变还使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸。降温形成降温形成 马氏体转变开始的温度称为上马氏体点，用Ms表示。只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变。在Ms以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变停止。马氏体转变终了温度称为下马氏体点，用Mf表示

32、。Ms、Mf与冷却速度无关，主要取决于奥氏体中的含碳量(见图4-19)及合金元素含量。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 高速长大高速长大 马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。当一片马氏体形成时,可能因撞击作用使已形成的马氏体产生微裂纹。 转变不完全转变不完全 即使冷却到Mf点，也不可能获得100的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称为残余奥氏体(或称残留奥氏体、残存奥氏体)，用A或表示(或用AR、R表示)。马氏体转变后的残余奥氏体量随含碳量的增加而增加，当含碳量达0.5后，残余奥氏体量才显著，如图4-20所示。6 第四章第四章 金属强化金属强

33、化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1二、过冷奥氏体转变图二、过冷奥氏体转变图 钢在热处理时的冷却方式：等温冷却、连续冷却。钢在热处理时的冷却方式：等温冷却、连续冷却。 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变一一) 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线 - TTT曲线曲线 ( C 曲线曲线 )T - timeT - temperatureT - transformation6 第四章第四章 金属强化金属强化

34、理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A16 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 11、过冷奥氏体的等温转变、过冷奥氏体的等温转变(TTT曲线曲线) 1）等温冷却转变就是把奥氏体迅速冷却到Ar1以下某一温度保温，待其转变完成后再冷到室温的一种冷却方式。这是研究过冷奥氏体转变的基本方法。图3-6b为共共析析钢钢过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线，也称为“TTT”曲曲线线，根据曲线的形状一般

35、也称为C曲曲线线。它表明了过冷奥氏体转转变变温温度度、转转变变时时间间和转变产产物物之间的关系。左左边边一一条条为为转转变变开开始始线线，右右边边一一条条为为转转变变终终了了线线。 在c曲线的下面还有两条水平线，上面一条为马氏体转变开始的温度线(以Ms表示)，下面一条为马氏体转变终了的温度线(以Mf表示)。 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 12 2）等温转变图分析）等温转变图分析 由共析钢的C曲线可以看出，在A1以上是奥氏体的稳定区。在A1以下，奥氏体不稳定，要发生转变，但过冷奥氏体要有一段稳定存在的时间，这段时间称为过冷奥氏体的孕孕育育期期。孕育期的长短不

36、一，在曲线的鼻尖处(550时)孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最小。鼻尖的以上部分，随着过冷度的增大，孕育期变短，转变速度加快。鼻尖的以下部分，随着过冷度的增大，孕育期增长，转变速度就变慢。过冷奥氏体转变速度随温度变化的规律，是由两种因素造成的。一个是转变的驱动力(即奥氏体与转变产物的自由能差F)，它随温度的降低而增大，从而加快转变速度另一个是原子的扩散能力，温度越低，原子的扩散能力就越弱，使转变速度变慢。因此，在鼻尖点以上的温度，原子扩散能力较大，主要影响因素是驱动力(F)；而在550以下的温度，虽然驱动力足够大，但原子的扩散能力下降，此时的转变速度主要受原子扩散速度的制约，使转变速度变慢。在5

37、50时的转变条件最佳，转变速度最快。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1（2）影响）影响C曲线的因素曲线的因素影响C曲线的主要因素是奥氏体的成分和奥氏体化条件。 含碳量含碳量的影响 共折钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。由共析钢成分开始，含碳量增加或减少都使C曲线左移，而Ms与Mf点则随含碳量增加而下降。 与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部还各多一条先共析相的析出线，如图4-24所示。因为在过冷奥氏体转变为珠光体之前，亚共析钢中要先析出铁素体，过共析钢中要先析出渗碳体。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 合金元素

38、合金元素的影响 除Co以外，凡溶入奥氏体的合金元素都使C曲线右移。除Co和Al以外，所有合金元素都使Ms与Mf点下降。碳化物形成元素含量较多时，还会使C曲线的形状发生变化，如图4-25所示。 奥氏体化条件奥氏体化条件的影响 奥氏体化温度提高和保温时间延长，可使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。因此，在使用C曲线时，必须注意奥氏体化条件及晶粒度的影响。图4-25 铬对C曲线的影响 6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 12 2过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图在实际生产中，热处理的冷却多采用连续冷却。因此

39、，过冷奥氏体连续冷却转变图对于确定热处理工艺及选材更具实际意义。过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT曲线，它是通过测定不同冷却速度下过冷奥氏体的转变量与转变时间的关系获得的。在碳钢中，共析钢的共析钢的CCT曲线最简单，曲线最简单，它没有贝氏体转变区它没有贝氏体转变区。在珠光体转变区之下多了一条转变中止线KK，如图4-26(a)所示。当连续冷却曲线碰到转变中止线时，过冷奥氏体终止向珠光体转变，余下的奥氏体一直保持到Ms以下转变为马氏体。与TTT曲线相比，CCT曲线位于其右下方。图4-26(a)中的Vk为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。Vk为TTT曲线的临界冷却速度，

40、Vk=1.5Vk。显然，C曲线越靠右，Vk越小，过冷奥氏体越稳定。 连续冷却转变曲线实验测定方法连续冷却转变曲线实验测定方法:将一组试样加热到奥氏体后，以不同冷却速度连续冷却，测出其奥氏体转变开始点和终了点的温度和时间，并在温度-时间(对数)坐标系中，分别连接不同冷却速度的开始点和终了点，即可得到连续冷却转变曲线，也称CCT曲线。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1 CCT曲线获得困难，而TTT曲线容易测得，因而在手册中TTT曲线较多。可用TTT曲线定性说明连续冷却的组织转变情况，方法是将冷却曲线绘在C曲线上，依其与C曲线交点的位置来说明最终转变产物(见图4-

41、26(b)。当冷却缓慢时(V1，炉冷)，过冷奥氏体转变为珠光体P。冷却较快时（V2，空冷)，过冷奥氏体转变为索氏体S。采用油冷时(V3)，过冷奥氏体先有部分转变为托氏体，剩余的奥氏体在冷却到MS以下后转变为马氏体，其室温组织为T+M+AR。当冷却速度(V4，水冷)大于VKC时，过冷奥氏体将在MS以下直接转变为马氏体，其室温组织为M+AR。 过共析钢CCT曲线同样无贝氏体转变区，但比共析钢CCT曲线多一个AFe3C转变区。由于Fe3C的析出，使奥氏体中含碳量下降，因而MS线右端升高。亚共析钢CCT曲线中有贝氏体转变区还多一个AF转变区，由于铁素体的析出使奥氏体含碳量升高，因而MS线右端下降。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1习题P74： 41、2、3、5、7、8。6 第四章第四章 金属强化金属强化理论和钢理论和钢的热处理的热处理 1