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第3章 钢的热处理 32钢在加热和冷却时组织转变


课题二 钢在加热和冷却 时组织转变

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本课题重点与难点 教 学 重 点 教 学 难 点

奥氏体的形成及其晶粒大小 的控制措施,C曲线及其应用。

钢在加热时和冷却时组织转变。

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3.2.1 钢在加热时的组织转变
A1、A3、A

cm各相变点 是固态下铁碳合金的组 织转变线,是在极其缓 慢加热和冷却条 件下 得到的。 在实际生产中,固态相 变时都有不同程度的过 热度或过冷度(见右 图)。为便于区别,将 加热时各相变点用ACl、 AC3、ACcm表示,冷却 时各相变点用Arl、Ar3、 Arcm表示。
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3.2.1 钢在加热时的组织转变
1、奥氏体的形成 以共析钢为例,当加热到AC1以上时,发生珠光体向 奥氏体的转变(即奥氏体化)过程可分为三个阶段: 1)奥氏体晶核的形成和长大 2)剩余渗碳体的溶解 3)奥氏体均匀化 当加热到AC1线稍上时钢中的珠光体向奥氏体转变, 只有分别加热到AC3或ACCm温度以上,保温足够时间, 才能获得成分均匀的单相奥氏体。
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3.2.1 钢在加热时的组织转变
2、奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时,奥氏体晶 粒是比较细小的。如果继续加热或保温,奥氏体晶粒会变 粗大,影响热处理后钢的强度、塑性、韧性较低。因此, 加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效果和钢的性 能有重要的意义。 控制奥氏体晶粒长大措施: 1)合理选择加热温度和保温时间 2)采用快速加热和短时间保温 3)加入一定量合金元素(除锰、磷外)
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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
钢经加热奥氏体化后,可以采用不同方式冷却,获得 所需要的组织和性能。 成分相同的钢,奥氏体化后,采用不同方式冷却,将 获得不同的力学性能,见下表。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
实际生产中,必须过冷到A1温度以下才开始转变。 在相变温度A1以下还没有发生转变而处于不稳定状态的奥 氏体称过冷奥氏体。 过冷奥氏体有等温 转变和连续冷却转变 两种冷却转变方式 (见右图)。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
1、过冷奥氏体的等温转变 以共析钢为例,介绍等温转变曲线及转变产物。 1)过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线) 左边曲线为过冷奥氏体转 变开始线,右边曲线为过冷奥 氏体等温转变终了线。 A1线以上是奥氏体稳定区; A1线以下,转变开始线的左边 为过冷奥氏体区,转变终了线 的右边是转变产物区,转变开 始线和终了线之间为过冷奥氏 体和转变产物共存区。
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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
转变开始线与纵坐标轴之间的 时间为孕育期。在C曲线拐弯的 “鼻尖处”(约550℃),孕育 期最短,过冷奥氏体最不稳定。 水平线MS为马氏体转变开始线 (约230℃),水平线Mf为马氏 体转变终了线(约-50℃)。 A′:残余奥氏体,即淬火冷却 到室温后残留的奥氏体。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
2)过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 (1)珠光体型转变(A1~550℃)

(2)贝氏体转变(550℃~MS)

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
3)亚共析钢和过共析钢的等温转变 由于亚共析钢和过共析钢的碳含量低于或高于共析 成分,当过冷奥氏体在C曲线“鼻尖”上部区域等温时, 亚共析钢先析出铁素体,然后进行珠光体转变,得到 铁素体和珠光体组织;同理,过共析钢先析出渗碳体, 然后进行珠光体转变,得到渗碳体和珠光体组织。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
2、过冷奥氏体的连续冷却转变 以共析钢为例,介绍等温转变曲线及转变产物。 1)等温转变曲线在连续冷却转变中的应用 共折钢连续冷却时,根据 冷却速度曲线V1、V2、V3、V4 与C曲线相交的位置,可估计 连续冷却转变的产物。 马氏体临界冷却速度Vk: 与冷却曲线相切,称临界冷却 速度,是获得全部马氏体转变 的最小冷却速度。
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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
2、过冷奥氏体的连续冷却转变 过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织与性能见下表:

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变
2)马氏体转变(MS~Mf) 马氏体的组织形态有板条状和片状两种类型,主要取决 于奥氏体中碳含量。1、当Wc<0.20%时,形成板条状低碳马 氏体,有较好的强韧性;2、当Wc>1.0%时,形成片状(针 状)高碳马氏体,性能硬而脆;3、当Wc在0.20%~l.0%时, 形成片状和板条状马氏体的混合组织。 强度、硬度随碳含量增加而增大,当碳含量超过0.6%, 强度和硬度增加不明显。马氏体转变不能进行到底。 残余奥氏体的存在,会降低淬火钢的硬度和耐磨性,并 且在工件长期使用过程中残余奥氏体会逐步转变为马氏体, 使工件变形而引起尺寸的不稳定。 减少残余奥氏体的措施:冷处理。即把淬火后的工件继续 冷却到室温以下-80~-50℃,以减少残余奥氏体的含量。
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