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1、4.2 4.2 金属材料金属材料热处理热处理原理原理 l4.2.1 4.2.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变l4.2.2 4.2.2 奥氏体在冷却时的转变奥氏体在冷却时的转变l4.2.3 4.2.3 淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变l4.2.4 4.2.4 金属材料的脱溶沉淀与时效金属材料的脱溶沉淀与时效请请思思考考 ？（见（见教材教材P83问题提示）问题提示）l l1.1.1.1.铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图铁碳合金相图在钢铁材料热处理中的作用是什么呢在钢铁材料热处理中的作用是什么呢在钢铁材料热处理中的作用是什么呢在钢铁材料热处理中的作用是什么呢？ 钢铁材料冷却转变曲线（
2、钢铁材料冷却转变曲线（钢铁材料冷却转变曲线（钢铁材料冷却转变曲线（TTTTTTTTTTTT、CCTCCTCCTCCT曲线）曲线）曲线）曲线）的物理意义是的物理意义是的物理意义是的物理意义是什么？您会使用它来什么？您会使用它来什么？您会使用它来什么？您会使用它来分析不同热处理条件下所获得的转分析不同热处理条件下所获得的转分析不同热处理条件下所获得的转分析不同热处理条件下所获得的转变产物（组织）变产物（组织）变产物（组织）变产物（组织）吗？您能吗？您能吗？您能吗？您能在在在在TTTTTTTTTTTT或或或或CCTCCTCCTCCT曲线上示意地标出曲线上示意地标出曲线上示意地标出曲线上示意地标出退火
3、、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分级淬退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分级淬退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分级淬退火、正火、单液淬火、双液淬火、等温淬火、分级淬火与不完全淬火的冷却速度曲线火与不完全淬火的冷却速度曲线火与不完全淬火的冷却速度曲线火与不完全淬火的冷却速度曲线吗？吗？吗？吗？l l2 2 2 2.“.“.“.“五大转变五大转变五大转变五大转变”指的是指的是指的是指的是哪五种类型的转变哪五种类型的转变哪五种类型的转变哪五种类型的转变，试从，试从，试从，试从转变转变转变转变性质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与性质、所处温度范围、转变特征、组织、性
4、能的变化与性质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与性质、所处温度范围、转变特征、组织、性能的变化与应用等应用等应用等应用等方面说明？方面说明？方面说明？方面说明？碳钢淬火加热温度范围碳钢淬火加热温度范围碳钢淬火加热温度范围碳钢淬火加热温度范围请思考：请思考：回顾金工实习，回顾金工实习，各种热处理工艺的各种热处理工艺的 共同点是什么？共同点是什么？热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图（a a）加热温度）加热温度）加热温度）加热温度 （b b）工艺规范）工艺规范）工艺规范）工艺规范图图图图4.35 4.35 4.35 4.35 各种退火与正火工艺
5、规范各种退火与正火工艺规范各种退火与正火工艺规范各种退火与正火工艺规范1.1.1.1.钢加热转变的理论依据是什麽？钢加热转变的理论依据是什麽？钢加热转变的理论依据是什麽？钢加热转变的理论依据是什麽？l l加热和冷却对临界转变温度的影响加热和冷却对临界转变温度的影响加热和冷却对临界转变温度的影响加热和冷却对临界转变温度的影响4.2.1 4.2.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 铁碳相图中铁碳相图中PSKPSK、GSGS、ESES线分别用线分别用A A1 1、A A3 3、AcmAcm表示。表示。l实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别实际加热或冷却时存在着过冷
6、或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别用用AcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcm表示；冷却时的实际转变温度分别用表示；冷却时的实际转变温度分别用ArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm表示。表示。l因加热或冷却速度直接影响转变温度，因此一般热处理手册中的数据是以因加热或冷却速度直接影响转变温度，因此一般热处理手册中的数据是以303050/h50/h的速度加热或冷却时测得的。的速度加热或冷却时测得的。2.2.共析碳钢奥氏体化过程共分为哪四个阶段？共析碳钢奥氏体化过程共分为哪四个阶段？l l图图图图4 4 4 4.3 .3 .3 .3 珠光体向奥氏体转变示意图珠光体向奥氏体
7、转变示意图珠光体向奥氏体转变示意图珠光体向奥氏体转变示意图3. 3. 亚、亚、过过共析钢的共析钢的奥氏体化过程奥氏体化过程 是是如如何何进进行行的的呢呢？请看左面的请看左面的示意图示意图4. 4. 奥氏体晶粒大小及其控制奥氏体晶粒大小及其控制（1 1）奥氏体晶粒度等级）奥氏体晶粒度等级）奥氏体晶粒度等级）奥氏体晶粒度等级 A A晶粒大小对冷后室温组织晶粒大小对冷后室温组织晶粒大小对冷后室温组织晶粒大小对冷后室温组织粗细的影响粗细的影响粗细的影响粗细的影响详情见下页详情见下页详情见下页详情见下页接下接下接下接下晶粒度及晶粒度对照表晶粒度及晶粒度对照表返回返回返回返回4. 4. 奥氏体晶粒大小及其
8、控制奥氏体晶粒大小及其控制（2 2 2 2）注意区分三种奥氏体晶粒度）注意区分三种奥氏体晶粒度）注意区分三种奥氏体晶粒度）注意区分三种奥氏体晶粒度l A起始晶粒度；起始晶粒度； A实际晶粒度；实际晶粒度； A本质晶粒度（如图本质晶粒度（如图4.5所示）。所示）。（3 3）奥氏体晶粒度的控制）奥氏体晶粒度的控制）奥氏体晶粒度的控制）奥氏体晶粒度的控制l合理选择加热条件；合理选择加热条件； 加热速度的选择（右下图示）；加热速度的选择（右下图示）； 化学成分的控制化学成分的控制珠光体向奥氏体的转变过程图珠光体向奥氏体的转变过程图珠光体向奥氏体的转变过程图珠光体向奥氏体的转变过程图图图图图4.5 4.
9、5 4.5 4.5 本质细晶粒和本质粗晶粒示意图本质细晶粒和本质粗晶粒示意图本质细晶粒和本质粗晶粒示意图本质细晶粒和本质粗晶粒示意图因此在热处理加热时，应严格控制加热温度、保温时间、加热速度及合理选择钢种。因此在热处理加热时，应严格控制加热温度、保温时间、加热速度及合理选择钢种。因此在热处理加热时，应严格控制加热温度、保温时间、加热速度及合理选择钢种。因此在热处理加热时，应严格控制加热温度、保温时间、加热速度及合理选择钢种。4.2.2 4.2.2 奥氏体在冷却时的转变奥氏体在冷却时的转变 l l1.1.1.1.奥氏体冷却转变的理论依据是什麽？奥氏体冷却转变的理论依据是什麽？奥氏体冷却转变的理论
10、依据是什麽？奥氏体冷却转变的理论依据是什麽？l l2.2.2.2.过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（过冷奥氏体的等温冷却转变曲线（C C C C ，TTTTTTTTTTTT曲线）曲线）曲线）曲线）l l（1 1 1 1）C C C C曲线是如何建立的？（曲线是如何建立的？（曲线是如何建立的？（曲线是如何建立的？（2 2 2 2）C C C C曲线分析曲线分析曲线分析曲线分析l l（3 3 3 3）影响）影响）影响）影响C C C C曲线的主要因素有哪些？曲线的主要因素有哪些？曲线的主要因素有哪些？曲线的主要因素有哪些？l l 化学成分（碳
11、含量；合金元素的含量）化学成分（碳含量；合金元素的含量）化学成分（碳含量；合金元素的含量）化学成分（碳含量；合金元素的含量）; ; ; ;奥氏体化条件奥氏体化条件奥氏体化条件奥氏体化条件l l3.3.3.3.过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能l l （1 1 1 1）珠光体（）珠光体（）珠光体（）珠光体（P P P P）转变；转变；转变；转变；(2)(2)(2)(2)马氏体（马氏体（马氏体（马氏体（M M M M）转变；转变；转变；转变； （3 3 3 3）贝氏体（）贝氏体（）贝氏体（）贝氏体（B B B B
12、）转变转变转变转变l l4.4.4.4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线（过冷奥氏体连续冷却转变曲线（过冷奥氏体连续冷却转变曲线（过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCTCCTCCTCCT曲线）曲线）曲线）曲线）l l5.5.5.5.过冷奥氏体转变曲线的应用过冷奥氏体转变曲线的应用过冷奥氏体转变曲线的应用过冷奥氏体转变曲线的应用请看：两张表两张表4545钢经钢经钢经钢经840840加热，于不同冷却速度冷却后的性能加热，于不同冷却速度冷却后的性能加热，于不同冷却速度冷却后的性能加热，于不同冷却速度冷却后的性能（表（表（表（表4.14.1）T8T8钢经不同速度冷却后的性能（钢经不同速度冷却后的性能（钢经不同速
13、度冷却后的性能（钢经不同速度冷却后的性能（1010mmmm，800800加热）加热）加热）加热）请请思考？思考？1. 为什么钢（为什么钢（45，T8）加热）加热A化后于不同冷却速度下的性能会有化后于不同冷却速度下的性能会有如此的差别呢？如此的差别呢？2. 为什么冷却速度越快，钢的硬度、强度越高，而塑性、韧性则为什么冷却速度越快，钢的硬度、强度越高，而塑性、韧性则越低呢？越低呢？如何判定如何判定 不同冷却条件下不同冷却条件下所获得的组织所获得的组织？马氏体组织在哪里呢？马氏体组织在哪里呢？马氏体组织在哪里呢？马氏体组织在哪里呢？1.1.奥氏体（奥氏体（A A）冷却转变的理论依据）冷却转变的理论依
14、据热处理工艺曲线热处理工艺曲线示意图示意图两种不同冷却方式示意图两种不同冷却方式示意图 （a a a a）等温冷却；）等温冷却；）等温冷却；）等温冷却； （b b b b）连续冷却）连续冷却）连续冷却）连续冷却图图图图4.6 4.6 4.6 4.6 不同冷却方式示意图不同冷却方式示意图不同冷却方式示意图不同冷却方式示意图l过冷过冷A等温冷却转变曲线表示等温冷却转变曲线表示A急速冷却到急速冷却到A1 以下，以下，在各不同温度下保温过程中转变量与转变时间的关在各不同温度下保温过程中转变量与转变时间的关系曲线系曲线.又称又称C 曲线曲线、S 曲线或曲线或TTT (Time-Temperature-T
15、ransformation diagram)曲线。曲线。2. 2. 过冷过冷A A等温冷却转变曲线等温冷却转变曲线（1 1） C C曲线的建立曲线的建立以共析钢为例（如右图以共析钢为例（如右图以共析钢为例（如右图以共析钢为例（如右图4.74.7所示所示所示所示）：）：）：）：i i取一批小试样并进行奥氏体化取一批小试样并进行奥氏体化. .iiii将试样分组淬入将试样分组淬入低于低于A A1 1点点的不同温度的盐浴中的不同温度的盐浴中, ,隔一定时间取一试样淬入水中。隔一定时间取一试样淬入水中。iiiiii测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间
16、的关系。与转变时间的关系。iviv将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度时间坐标中，并分别连线。时间坐标中，并分别连线。 转变开始点的连线称转变开始线。转变转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。终了点的连线称转变终了线。l 转变开始线与纵坐标之间转变开始线与纵坐标之间的距离为的距离为孕育期孕育期。孕育期越。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小小，过冷奥氏体稳定性越小.l孕育期最小孕育期最小处称处称C 曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。碳钢鼻尖处的温。碳钢鼻尖处的温度为度为550。l在鼻尖以上在鼻尖以上, 温度较高，相温度较高，相变驱动力小变驱
17、动力小;在鼻尖以下，温在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。奥氏体稳定性增加。 l C曲线明确表示了过冷奥曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转氏体在不同温度下的等温转变产物。变产物。（2 2）C C曲线分析曲线分析C C 曲曲 线线 的的 物物 理理 意意 义义图图图图4.8 4.8 4.8 4.8 共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的AAAA等温冷却转变曲线（等温冷却转变曲线（等温冷却转变曲线（等温冷却转变曲线（C C C C曲线）分析曲线）分析曲线）分析曲线）分析C C C C曲线的物曲线的物曲线的物曲线的物理意义理意义理意义理意义即指
18、即指即指即指C C C C曲曲曲曲线中各条特线中各条特线中各条特线中各条特性线的含义，性线的含义，性线的含义，性线的含义，以及各个区以及各个区以及各个区以及各个区域的组织这域的组织这域的组织这域的组织这双层含义。双层含义。双层含义。双层含义。MMf fA APBMAMARA P转变开始转变开始转变开始转变开始线线线线转变终了转变终了转变终了转变终了线线线线过过过过冷冷冷冷A A A AMMs sA1C C左左左左C C右右右右2. 过冷过冷A等温冷却转变曲线（等温冷却转变曲线（C曲线）曲线） C曲线的物理意义曲线的物理意义 （各条特性线含义；各区域组织）（各条特性线含义；各区域组织）（各条特性
19、线含义；各区域组织）（各条特性线含义；各区域组织）各个区域对应何种类型组织？各个区域对应何种类型组织？各个区域对应何种类型组织？各个区域对应何种类型组织？ AA1 1M Ms s 间及转变开始线以左的区域为间及转变开始线以左的区域为AAAA（过冷奥氏体）区（过冷奥氏体）区（过冷奥氏体）区（过冷奥氏体）区; ; 转变终了线以右及转变终了线以右及A A1 1以下为以下为转变产物区转变产物区转变产物区转变产物区; ; 两两C C线之间为线之间为A A A A 与转变产物共存区与转变产物共存区与转变产物共存区与转变产物共存区; ; M MS SM Mf f之间为之间为M M M M转变区转变区转变区转
20、变区。特性线特性线特性线特性线A A A A1 1 1 1 ,M,M,M,MS S S S , C, C, C, C左左左左 , C, C, C, C右右右右线的含线的含线的含线的含义是什么？义是什么？义是什么？义是什么？ A A1 1线：线：共析线共析线共析线共析线； M MS S线：线：AAAA向向向向M M M M转变的开始线转变的开始线转变的开始线转变的开始线； C C左左线：线：AA向转变产物转变的开始线向转变产物转变的开始线向转变产物转变的开始线向转变产物转变的开始线； C C右右线：线：AA向转变产物转变的终了线向转变产物转变的终了线向转变产物转变的终了线向转变产物转变的终了线。
21、温温温温度度度度图图图图4.8 4.8 4.8 4.8 共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的C C C C曲线曲线曲线曲线l l（3）影响）影响 C 曲线的主要因素曲线的主要因素l 碳质量分数的影响碳质量分数的影响 l在正常加热条件下，在正常加热条件下，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曲线的位置最靠右。曲线的位置最靠右。Ms 与与Mf 点随碳质量分数的增加而下降。点随碳质量分数的增加而下降。 l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曲线的上部曲线的上部各各多一条先共析相的多一条先共析相的析出线。析出线。 图图图图4.9 4.9 4.9 4.
22、9 亚共析碳钢、共析碳钢及过共析碳钢的亚共析碳钢、共析碳钢及过共析碳钢的亚共析碳钢、共析碳钢及过共析碳钢的亚共析碳钢、共析碳钢及过共析碳钢的C C C C曲线比较曲线比较曲线比较曲线比较（a a a a）亚共析钢）亚共析钢）亚共析钢）亚共析钢 （b b b b）共析钢）共析钢）共析钢）共析钢 （c c c c）过共析钢）过共析钢）过共析钢）过共析钢图图图图4.10 Me4.10 Me4.10 Me4.10 Me对对对对C C C C曲线的影响曲线的影响曲线的影响曲线的影响l l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 l除除 Co 外，凡溶入外，凡溶入A的的Me，都能增加，都能
23、增加A的稳定性，使的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。l除除 Co 和和 Al 外，凡溶入外，凡溶入A的的Me均能使均能使Ms 与与Mf 点下降。点下降。（3 3）影响）影响 C C 曲线的主要因素曲线的主要因素 （a a a a）Co Co Co Co （b b b b）Ni Ni Ni Ni （c c c c）CrCrCrCr 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响 奥氏体化温度提高奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶和保温时间延长，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，使碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右
24、移。 使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能 (1) (1) (1) (1) 珠光体（珠光体（珠光体（珠光体（P P P P）转变转变转变转变 (A(A(A(A1 1 1 1550550550550，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变) ) ) )l l定义与分类定义与分类定义与分类定义与分类 按渗碳体的形态进行分类按渗碳体的形态进行分类 片状片状P P和球化体（粒状珠光体）和球化体（粒状珠光体）l珠光体的组织形态与性能珠光体
25、的组织形态与性能l l片状珠光体片状珠光体片状珠光体片状珠光体 表表表表4.2 4.2 共析碳钢过冷奥氏体冷却转变的类型、产物、性能及特征共析碳钢过冷奥氏体冷却转变的类型、产物、性能及特征共析碳钢过冷奥氏体冷却转变的类型、产物、性能及特征共析碳钢过冷奥氏体冷却转变的类型、产物、性能及特征3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能 (1) (1) (1) (1) 珠光体（珠光体（珠光体（珠光体（P P P P）转变转变转变转变 (A(A(A(A1 1 1 1550550550550，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变)
26、) ) )l珠光体的组织形态与性能珠光体的组织形态与性能片状珠光体的显微组织图片状珠光体的显微组织图片状珠光体的显微组织图片状珠光体的显微组织图（a a）500 500 （b b）80008000P P P P（珠光体）（珠光体）（珠光体）（珠光体）（c c）1000 1000 （d d）1900019000 S S S S（索氏体）（索氏体）（索氏体）（索氏体）（e e）200 200 （f f）1900019000T T T T（托氏体）（托氏体）（托氏体）（托氏体）3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能过冷奥氏体转变产物的组织与性能 (1) (1) (1) (1) 珠光体（珠光体（珠光体（
27、珠光体（P P P P）转变转变转变转变 (A(A(A(A1 1 1 1550550550550，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变，高温转变或扩散型相变) ) ) )l珠光体的组织形态与性能珠光体的组织形态与性能片状珠光体的性能片状珠光体的性能片状珠光体的性能片状珠光体的性能#P#P片层间距与转变温度、性能关系片层间距与转变温度、性能关系片层间距与转变温度、性能关系片层间距与转变温度、性能关系P P P P片层间距与硬度的关系图片层间距与硬度的关系图片层间距与硬度的关系图片层间距与硬度的关系图珠光体的组织形态与性能珠光体的组织形态与性能l l球化体（粒状珠光体）
28、球化体（粒状珠光体）球化体（粒状珠光体）球化体（粒状珠光体） 珠光体的硬度（珠光体的硬度（珠光体的硬度（珠光体的硬度（a a）；（）；（）；（）；（b b）形态）形态）形态）形态1000X;1000X;（c c）原始组织）原始组织）原始组织）原始组织1000X1000X(a)(a)（b）（c）片状片状P P与球化体力学性能对比与球化体力学性能对比片状片状P P与球化体切削性能比较与球化体切削性能比较 球化体与片状球化体与片状球化体与片状球化体与片状P P P P相比：相比：相比：相比： i i i i 当当当当碳含量相同时，球碳含量相同时，球化体的塑韧性好，可切削化体的塑韧性好，可切削加工性好
29、，冷挤压成形性加工性好，冷挤压成形性也好，加热淬火时变形、也好，加热淬火时变形、开裂倾向也小；开裂倾向也小； i i i i i i i i 当当b b相同时，球化相同时，球化体的体的-1-1高；高； iii iii iii iii 当当当当硬度相同时，球硬度相同时，球化体的综合力学性能好化体的综合力学性能好（不易产生应力集中、裂（不易产生应力集中、裂纹）。纹）。 因此，因此，高碳钢在机械加高碳钢在机械加高碳钢在机械加高碳钢在机械加工和最终热处理之前，常工和最终热处理之前，常工和最终热处理之前，常工和最终热处理之前，常要求材料先经球化退火处要求材料先经球化退火处要求材料先经球化退火处要求材料先
30、经球化退火处理，以获得均匀的球化体理，以获得均匀的球化体理，以获得均匀的球化体理，以获得均匀的球化体组织。组织。组织。组织。图图图图4.15 M4.15 M4.15 M4.15 M的晶体的晶体的晶体的晶体结构示意图结构示意图结构示意图结构示意图 （2 2）马氏体（）马氏体（M M）转变）转变 MM的形成条件（的形成条件（的形成条件（的形成条件（T TMMS S，V VV VkCkC）i i冷却速度必须大于临界冷速冷却速度必须大于临界冷速冷却速度必须大于临界冷速冷却速度必须大于临界冷速V V V VKCKCKCKC(V(V(V(VC C C C););););iiii奥氏体必须过冷到奥氏体必须过
31、冷到奥氏体必须过冷到奥氏体必须过冷到230230230230 (Ms)(Ms)(Ms)(Ms) 以下将转变为以下将转变为以下将转变为以下将转变为马氏体马氏体马氏体马氏体（M M M M）类型组织（如右图类型组织（如右图类型组织（如右图类型组织（如右图4.214.214.214.21所示）。所示）。所示）。所示）。晶体结构特点晶体结构特点晶体结构特点晶体结构特点 马氏体是碳在马氏体是碳在马氏体是碳在马氏体是碳在 -Fe -Fe 中的过饱和固溶体，中的过饱和固溶体，中的过饱和固溶体，中的过饱和固溶体， 用用用用MM表示表示表示表示. . M转变时，转变时，A中的碳全部保留在中的碳全部保留在M中；其
32、具有体心正中；其具有体心正方晶格（方晶格（a=bc），轴比），轴比c /a 称称M的正方度。的正方度。C% 越高，越高，正方度越大，正方畸变越严重；当正方度越大，正方畸变越严重；当0.25%C时时, c /a =1, 此时此时M为为BCC晶格晶格.图图图图4.21 4.21 4.21 4.21 共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的共析碳钢的CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲线因此，伴随因此，伴随因此，伴随因此，伴随M M M M形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。形成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。形
33、成其比容增大，由此产生组织应力，易使工件产生变形开裂。 M的的 组织形态与性能组织形态与性能 钢中钢中钢中钢中MM的的的的组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。组织形态主要有板条状和片状两种基本类型。板条状板条状板条状板条状M M M M，位错，位错，位错，位错M M M M或低碳或低碳或低碳或低碳M M M M片状片状片状片状M M M M，孪晶，孪晶，孪晶，孪晶M M M M或高碳或高碳或高碳或高碳M M M M M的组织形态与性能的组织形态与性能l l影响影响影响影响M M M M形态的因素形态的因素形态的
34、因素形态的因素l lM M M M形态形态形态形态M M M M转变温度转变温度转变温度转变温度A A A A化学成分（如左下图所示）化学成分（如左下图所示）化学成分（如左下图所示）化学成分（如左下图所示）l l0.2%0.2%0.2%0.2%C C C C 低碳低碳低碳低碳M M M M；1.0%C 1.0%C 1.0%C 1.0%C 高碳高碳高碳高碳M M M M。l l0.2%0.2%0.2%0.2%1.01.01.01.0C C C C：当小于：当小于：当小于：当小于0.60.60.60.6C C C C时，以低碳时，以低碳时，以低碳时，以低碳M M M M为主；当大于为主；当大于为主
35、；当大于为主；当大于0.60.60.60.6C C C C时，以高碳时，以高碳时，以高碳时，以高碳M M M M为主。为主。为主。为主。应注意：应注意：应注意：应注意：A A A A的碳含量的碳含量的碳含量的碳含量钢的碳含量钢的碳含量钢的碳含量钢的碳含量l l随钢中奥氏体碳含量的增加，随钢中奥氏体碳含量的增加，随钢中奥氏体碳含量的增加，随钢中奥氏体碳含量的增加，M M M M的转变温度下降，残余奥氏体量增加，如的转变温度下降，残余奥氏体量增加，如的转变温度下降，残余奥氏体量增加，如的转变温度下降，残余奥氏体量增加，如右下图所示。右下图所示。右下图所示。右下图所示。图图图图4.4.4.4. 奥氏
36、体的碳含量对奥氏体的碳含量对奥氏体的碳含量对奥氏体的碳含量对M M M M转变温度（转变温度（转变温度（转变温度（a a a a）及）及）及）及ARARARAR量（量（量（量（b b b b）的影响）的影响）的影响）的影响图图图图4.4.4.4. M M M M形态与碳含量关系形态与碳含量关系形态与碳含量关系形态与碳含量关系 M的组织形态与性能的组织形态与性能M M M M的性能的性能的性能的性能 M M具有高强度、高硬度：固溶强化，相变强化，时效强化，细晶强化具有高强度、高硬度：固溶强化，相变强化，时效强化，细晶强化等。等。 M M M M是最经济、有效的综合强化效果。是最经济、有效的综合强
37、化效果。是最经济、有效的综合强化效果。是最经济、有效的综合强化效果。 M M具有高的硬度和强度。具有高的硬度和强度。M M的硬度主要取决于碳含量（如右下图所示）。的硬度主要取决于碳含量（如右下图所示）。碳含量对碳含量对碳含量对碳含量对M M M M强度和硬度影响强度和硬度影响强度和硬度影响强度和硬度影响表表表表4.4.4.4. 淬火钢的塑、韧性与碳含量间关系淬火钢的塑、韧性与碳含量间关系淬火钢的塑、韧性与碳含量间关系淬火钢的塑、韧性与碳含量间关系 M M M M的塑性、韧性的塑性、韧性的塑性、韧性的塑性、韧性 则则则则主要取决于其亚结主要取决于其亚结构：孪晶构：孪晶M - M - 塑韧性差，塑
38、韧性差， 位错位错M-M-强韧性好。强韧性好。请思考：请思考：如何理解如何理解“M M的强度和硬度主要取的强度和硬度主要取决于决于M M的碳含量的碳含量”，试就图，试就图4.184.18解释之？解释之？（3）贝氏体（）贝氏体（B）转变转变l l组织形态组织形态 l图图4.19 B上上的显微组织形态的显微组织形态 图图4.20 B下下的显微组织形态的显微组织形态金相显微组织金相显微组织金相显微组织金相显微组织500X500X电子显微组织电子显微组织4000X表表4.2 4.2 贝氏体型转变的贝氏体型转变的形成温度、转变机制、形成温度、转变机制、组织特征、形成特点、组织特征、形成特点、硬度及性能特
39、点，获得硬度及性能特点，获得工艺工艺 AA等温转变的类型、产物、性能及特征等温转变的类型、产物、性能及特征两种马氏体的性能比较（如下表所示）两种马氏体的性能比较（如下表所示）两种马氏体的性能比较（如下表所示）两种马氏体的性能比较（如下表所示）l l贝氏体转变特征一览表（共析钢）贝氏体转变特征一览表（共析钢）贝氏体转变特征一览表（共析钢）贝氏体转变特征一览表（共析钢）注意区分与比较注意区分与比较: :4. 4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线 （CCTCCT曲线）曲线）（1 1）CCTCCT曲线及分析曲线及分析曲线及分析曲线及分析i i i i 共析钢的共析钢的共析钢的共析
40、钢的CCTCCTCCTCCT曲线没有贝氏体转变区，在曲线没有贝氏体转变区，在曲线没有贝氏体转变区，在曲线没有贝氏体转变区，在P P P P转变区之下多了一条转变中止线转变区之下多了一条转变中止线转变区之下多了一条转变中止线转变区之下多了一条转变中止线(K(K(K(K线线线线) ) ) )。当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到K K线时，线时，P P转变中止，余下的过冷奥氏体一直保持到转变中止，余下的过冷奥氏体一直保持到MsMs以下转以下转变为变为M M。ii CCTii CCTii CCTii CCT曲线位于曲线位于曲线位于曲线位于C C C C曲线的右下方。曲线的右下方。曲线的右下方。曲线的
41、右下方。l l图图图图4.214.214.214.21中中中中 A A A A1 1 1 1共析线；共析线；共析线；共析线；l lP P P PS S S S线线线线AAAA转变为转变为转变为转变为P P P P开始线；开始线；开始线；开始线；l lP P P Pf f f f线线线线AAAA转变为转变为转变为转变为P P P P终了线；终了线；终了线；终了线；l lK K K K线线线线AAAA转变为转变为转变为转变为P P P P中止线；中止线；中止线；中止线；l lMsMsMsMs线线线线AAAA转变为转变为转变为转变为M M M M开始线。开始线。开始线。开始线。l lV V V Vk
42、CkCkCkC为为为为CCTCCTCCTCCT曲线的曲线的曲线的曲线的临界冷却临界冷却临界冷却临界冷却速度速度速度速度，即获得全部马氏体，即获得全部马氏体，即获得全部马氏体，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度组织时的最小冷却速度组织时的最小冷却速度组织时的最小冷却速度. . . .图图图图4.22 4.22 4.22 4.22 共析碳钢共析碳钢共析碳钢共析碳钢CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲线与与与与C C C C曲线比较曲线比较曲线比较曲线比较（2 2）CCTCCT与与与与C C曲线比较曲线比较曲线比较曲线比较图图图图4.21 4.21 4.21 4.21 共析碳钢的共析碳钢的共析碳
43、钢的共析碳钢的CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲线AAAM + AM + AM + AM + AR R R RP P P P型型型型l4.4.过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线l 它是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。它是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。图图图图4.21 4.21 4.21 4.21 共析钢共析钢共析钢共析钢CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲线过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲线图图图图4.24 4.24 4.24 4.24 亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢CCTCCTCCTCCT曲线曲线曲线曲
44、线l 过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线曲线曲线也无贝氏体转变区也无贝氏体转变区, 但比共析钢但比共析钢CCT曲线多一条曲线多一条AFe3C转变开始线。转变开始线。由于由于Fe3C的析出的析出, 奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降, 因而因而Ms 线右端升高线右端升高.l 亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢CCT CCT 曲线曲线曲线曲线有贝氏体转变区，有贝氏体转变区，还多还多AF开始线开始线, F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高, 因而因而Ms 线右端下降线右端下降. 过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线4. 4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥
45、氏体连续冷却转变曲线 （CCTCCT曲线）曲线）5.5. 过冷奥氏体转变曲线的应用过冷奥氏体转变曲线的应用（1）C曲线的应用曲线的应用炉炉冷冷空空冷冷油油冷冷水水冷冷P PS ST+M+AT+M+AM+AM+A用用用用C C曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变的组织转变的组织转变的组织转变CCT曲线获得困难曲线获得困难;TTT曲线容易测得曲线容易测得. 可用可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。方曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。方法是将连续冷却曲线绘在法是将连续冷却曲线绘在C 曲线上，依其与曲
46、线上，依其与C 曲线交点的位置来说明最终曲线交点的位置来说明最终转变产物转变产物. 图图图图4.23 4.23 4.23 4.23 在在在在C C C C曲线上估计曲线上估计曲线上估计曲线上估计连续冷却时连续冷却时连续冷却时连续冷却时过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体转变产物示转变产物示转变产物示转变产物示意图意图意图意图P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A(水冷水冷)淬火淬火A1MSMf时间时间650600550课堂练习：课堂练习：课堂练习：课堂练习：试分析下图中不同热处理试分析下图中不同热处理条件下所获得的组织。条件下所获
47、得的组织。4545钢的钢的CCTCCT曲线曲线 及其应用及其应用M+T40Cr 40Cr 钢的钢的钢的钢的CCTCCT曲线及应用曲线及应用曲线及应用曲线及应用4545钢钢钢钢850850油冷组织油冷组织油冷组织油冷组织M+TM+T40Cr40Cr40Cr40Cr钢油淬组织为全部钢油淬组织为全部钢油淬组织为全部钢油淬组织为全部M M M M。请思考：为什么其所获得的组织不同？请思考：为什么其所获得的组织不同？4.2.3 4.2.3 淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变 l请思考：请思考：l l1. 1. 钢经淬火后为何必须立即回火？钢经淬火后为何必须立即回火？l l2. 2. 回回火火时时，
48、淬淬火火钢钢中中组组织织与与性性能能究究竟竟发发生生了了哪些变化？哪些变化？l l3. 3. 回回火火共共分分为为哪哪三三种种，其其相相应应的的组组织织与与适适用用范围如何？范围如何？l l4. 4. 何何谓谓回回火火脆脆性性，第第一一、二二类类回回火火脆脆性性的的温温度范围与适用条件分别是什麽？度范围与适用条件分别是什麽？1. 1. 钢经淬火后为何必须立即回火？钢经淬火后为何必须立即回火？（1 1）MM、A AR R均为亚稳组织；均为亚稳组织；均为亚稳组织；均为亚稳组织；（2 2）MM中存在大量晶体缺陷；中存在大量晶体缺陷；中存在大量晶体缺陷；中存在大量晶体缺陷；（3 3）残余内应力。）残余
49、内应力。）残余内应力。）残余内应力。淬火钢在回火时淬火钢在回火时淬火钢在回火时淬火钢在回火时的变化如右图的变化如右图的变化如右图的变化如右图4.254.25所示所示所示所示 2. 2. 回火时，淬火钢中组织与性能究竟发回火时，淬火钢中组织与性能究竟发生了哪些变化？生了哪些变化？（1 1）MM分解；（分解；（分解；（分解；（2 2） A AR R的分解；（的分解；（的分解；（的分解；（3 3）K K类型的转变；类型的转变；类型的转变；类型的转变；（4 4）K K聚集长大、聚集长大、聚集长大、聚集长大、 相再结晶相再结晶相再结晶相再结晶. .表表表表4.3 4.3 4.3 4.3 淬火钢回火时的转
50、变特征淬火钢回火时的转变特征淬火钢回火时的转变特征淬火钢回火时的转变特征3. 3. 回火共分为哪三种，其相应的组织与回火共分为哪三种，其相应的组织与适用范围如何？适用范围如何？表表表表4.7 4.7 4.7 4.7 回火组织及其力学性能特点回火组织及其力学性能特点回火组织及其力学性能特点回火组织及其力学性能特点图图图图4.26 4.26 4.26 4.26 回火回火回火回火M M M M的显微组织图的显微组织图的显微组织图的显微组织图图图图图4.27 4.27 4.27 4.27 回火托回火托回火托回火托氏体的显微组织氏体的显微组织氏体的显微组织氏体的显微组织图图图图4.28 4.28 4.2
51、8 4.28 回火索回火索回火索回火索氏体显微组织氏体显微组织氏体显微组织氏体显微组织图图4.26 回火马氏体的组织形态回火马氏体的组织形态 （a a a a）淬火）淬火）淬火）淬火M M M M，850X 850X 850X 850X （b b b b）回火）回火）回火）回火M M M M，850X850X850X850X图图图图4.26 4.26 4.26 4.26 回火马氏体的显微组织回火马氏体的显微组织回火马氏体的显微组织回火马氏体的显微组织返回返回返回返回图图4.27 4.27 回火托氏体的显微组织回火托氏体的显微组织a a a a）光学显微组织（）光学显微组织（）光学显微组织（）光
52、学显微组织（500X500X500X500X） b b b b）电子显微组织）电子显微组织）电子显微组织）电子显微组织（7500X7500X7500X7500X）图图图图4.27 4.27 4.27 4.27 回火托氏体的显微组织回火托氏体的显微组织回火托氏体的显微组织回火托氏体的显微组织返回返回返回返回图图4.28 4.28 回火索氏体的显微组织回火索氏体的显微组织a a a a）光学显微组织（）光学显微组织（）光学显微组织（）光学显微组织（500X500X500X500X） b b b b）电子显微组织（）电子显微组织（）电子显微组织（）电子显微组织（7500X7500X7500X7500
53、X）图图图图4.28 454.28 454.28 454.28 45钢的回火索氏体显微组织钢的回火索氏体显微组织钢的回火索氏体显微组织钢的回火索氏体显微组织4. 4. 何谓回火脆性，第一、二类回火脆性何谓回火脆性，第一、二类回火脆性的温度范围与适用条件分别是什麽？的温度范围与适用条件分别是什麽？图图图图4.29 4.29 4.29 4.29 淬火钢的硬度与回火温淬火钢的硬度与回火温淬火钢的硬度与回火温淬火钢的硬度与回火温度的关系度的关系度的关系度的关系图图图图4.30 4.30 4.30 4.30 钢的冲击韧度随回火温度钢的冲击韧度随回火温度钢的冲击韧度随回火温度钢的冲击韧度随回火温度的变化的
54、变化的变化的变化4.2.4 4.2.4 金属材料的脱溶沉淀与时效金属材料的脱溶沉淀与时效（Precipitation process and age hardening of metallic Precipitation process and age hardening of metallic materialsmaterials）l l从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子的聚集区，以及亚稳定的过渡相的过程称为脱溶或原子的聚集区，以及亚稳定的
55、过渡相的过程称为脱溶或原子的聚集区，以及亚稳定的过渡相的过程称为脱溶或原子的聚集区，以及亚稳定的过渡相的过程称为脱溶或沉淀，它是一种扩散型相变。沉淀，它是一种扩散型相变。沉淀，它是一种扩散型相变。沉淀，它是一种扩散型相变。l l1. 1. 1. 1. 基本条件基本条件基本条件基本条件l l2. 2. 2. 2. 固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化l l3. 3. 3. 3. 铝合金的时效强化及机理简介铝合金的时效强化及机理简介铝合金的时效强化及机理简介铝合金的时效强化及机理简介1. 1. 基本条件基本条件 （如图（如图（如图（如图4.314.314.314
56、.31所示）所示）所示）所示）l（1 1）合金在相图上是否有固溶度的变化；）合金在相图上是否有固溶度的变化；l（2 2）而且其固溶度是否随温度降低而减少。）而且其固溶度是否随温度降低而减少。二次析出反应：二次析出反应：二次析出反应：二次析出反应：c c c c0 0 0 0c c c c1 1 1 1请思考：请思考：请思考：请思考：该合金室温下的相组分该合金室温下的相组分该合金室温下的相组分该合金室温下的相组分和组织组分各是什么？和组织组分各是什么？和组织组分各是什么？和组织组分各是什么？2. 2. 固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化l l（1 1 1 1）固溶处理）固溶处理）固溶处理）固溶
57、处理 l将（将（+）双相组织加热到固溶线以上某一温度（如）双相组织加热到固溶线以上某一温度（如T T1 1）保温足够时间，会获得均匀的单相固溶）保温足够时间，会获得均匀的单相固溶体体相，这种处理称为固溶处理。相，这种处理称为固溶处理。l l（2 2 2 2）时效强化）时效强化）时效强化）时效强化l若将经固溶处理后的若将经固溶处理后的C C0 0合金急冷，抑制合金急冷，抑制相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和相分解，则在室温下获得亚稳的过饱和固溶体。这种固溶体。这种过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶，但脱溶相往往不是相图中的平衡相，过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时，亦将
58、发生脱溶，但脱溶相往往不是相图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为时效强化时效强化时效强化时效强化，是强化金是强化金是强化金是强化金属材料的重要途径之一。属材料的重要途径之一。属材料的重要途径之一。属材料的重要途径之一。 图图4-31 4-31 固溶与时效处理的工艺过程示意图固溶与时效处理的工艺过程示意图 图图4-32 4-32 铝合金（铝合金（w(Cuw(Cu)=4%)=4%）于不同温度下时效曲线）于不同温度下时效曲线2. 2. 固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化l l（3 3）
59、时效现象）时效现象l合金在脱溶过程中，其力学性能、物理和化学性能等均随之发生变化，合金在脱溶过程中，其力学性能、物理和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。这种现象称为时效。 室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效称为人工时效（如图称为人工时效（如图4-324-32所示）。所示）。 图图图图4-32 4-32 4-32 4-32 铝合金（铝合金（铝合金（铝合金（w(Cuw(Cuw(Cuw(Cu)=4%)=4%)=4%)=4%）于不同温度下时效曲线）于不同温度下时效曲线）于不同温度下时效曲线）于不同温度下时效曲线3. 铝合金的时效强化及机理
60、简介铝合金的时效强化及机理简介 图图图图4-33 Al-Cu4-33 Al-Cu4-33 Al-Cu4-33 Al-Cu合金相图合金相图合金相图合金相图强化机理简介：强化机理简介：强化机理简介：强化机理简介：铝合金在时效过程中产生显著的时效强化现象的原因主要与铝合铝合金在时效过程中产生显著的时效强化现象的原因主要与铝合金在时效过程中所产生的中间过渡相有关。研究表明，时效过程包括如下四个阶段金在时效过程中所产生的中间过渡相有关。研究表明，时效过程包括如下四个阶段:（1)1)1)1)形成铜原子富集区形成铜原子富集区形成铜原子富集区形成铜原子富集区(GP(GP(GP(GPI I I I区区区区) )
61、 ) ) （2)2)2)2)铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化(GP(GP(GP(GP区形成区形成区形成区形成) ) ) ) （3)3)3)3)形成过渡相形成过渡相形成过渡相形成过渡相 （4)4)4)4)平衡相平衡相平衡相平衡相的形成与长大的形成与长大的形成与长大的形成与长大 图图图图4-34 4%Cu-Al4-34 4%Cu-Al合金合金合金合金130130下时效曲线下时效曲线下时效曲线下时效曲线其时效序列可概括为其时效序列可概括为:过过过过+ GP+ GP区区 过过 + + GPGP区（区（过渡相）过渡相）过过+ +。时效合金的脱溶过程，即使在同一合金
62、中，由于成分、时时效合金的脱溶过程，即使在同一合金中，由于成分、时效温度不同，也可能不一致。其它合金的时效过程与效温度不同，也可能不一致。其它合金的时效过程与Al-Al-CuCu合金不完全一样，但基本原理相同。合金不完全一样，但基本原理相同。 4.2 金属材料热处理原理小结金属材料热处理原理小结l l1. 1. 1. 1. 钢在加热过程中的转变钢在加热过程中的转变钢在加热过程中的转变钢在加热过程中的转变l理论依据；理论依据；A A化过程；化过程；A A晶粒度及其控制。晶粒度及其控制。l l2. 2. 2. 2. 奥氏体在冷却过程中的转变奥氏体在冷却过程中的转变奥氏体在冷却过程中的转变奥氏体在冷却过程中的转变l理论依据；理论依据；C C曲线含义及影响因素；曲线含义及影响因素；AA转变产物的组织与性转变产物的组织与性能；能；CCTCCT曲线分析与应用。曲线分析与应用。l l3. 3. 3. 3. 淬火钢的回火转变淬火钢的回火转变淬火钢的回火转变淬火钢的回火转变l组织结构变化；性能变化；回火组织及脆性。组织结构变化；性能变化；回火组织及脆性。l l4. 4. 4. 4. 有色金属的脱溶沉淀与时效有色金属的脱溶沉淀与时效有色金属的脱溶沉淀与时效有色金属的脱溶沉淀与时效l l概括为四个字概括为四个字概括为四个字概括为四个字：“五大转变五大转变五大转变五大转变”。
