鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

1、第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變o 一、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度一、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度o 二、奧氏體的形成二、奧氏體的形成及影響因素及影響因素o 三三、影響奧氏體晶粒大小的因素、影響奧氏體晶粒大小的因素o 四、主要的加熱缺陷四、主要的加熱缺陷平衡轉(zhuǎn)變溫度：平衡轉(zhuǎn)變溫度：A1、 A3、Acm實際加熱時轉(zhuǎn)變溫度：實際加熱時轉(zhuǎn)變溫度：Ac1、 Ac3、Accm 實際冷卻時轉(zhuǎn)變溫度：實際冷卻時轉(zhuǎn)變溫度：Ar1、Ar3、Arcm1 臨界轉(zhuǎn)變溫度臨界轉(zhuǎn)變溫度q形核：鐵素體和滲碳體相界面有利于形核（能量形核：鐵素體和滲碳體相界面有利于形核（能量相界面相界面原子排列不規(guī)則處于高能狀態(tài)；濃度原子排列

2、不規(guī)則處于高能狀態(tài)；濃度FeFe3 3C C高碳區(qū)為形核提高碳區(qū)為形核提供所需的碳原子）供所需的碳原子）q奧氏體晶核長大：晶核形成后，處于奧氏體晶核長大：晶核形成后，處于F F 與與FeFe3 3C C與之間的與之間的A A，兩側(cè)碳濃度不同，致使碳原子不斷自高碳側(cè)向低碳側(cè)擴散，兩側(cè)碳濃度不同，致使碳原子不斷自高碳側(cè)向低碳側(cè)擴散，促使促使FeFe3 3C C不斷溶解，不斷溶解，A A不斷向兩側(cè)擴展而長大。與此同時又有不斷向兩側(cè)擴展而長大。與此同時又有新的晶核產(chǎn)生和不斷長大，直至新的晶核產(chǎn)生和不斷長大，直至A A晶粒彼此相碰，珠光體全部晶粒彼此相碰，珠光體全部消失為止。消失為止。2 奧氏體形成過程

3、奧氏體形成過程q由于鐵素體由于鐵素體F F的碳濃度與結(jié)構(gòu)和奧氏體的碳濃度與結(jié)構(gòu)和奧氏體A A接近，故鐵接近，故鐵素體先消失，而在所形成的奧氏體中尚有未溶解的素體先消失，而在所形成的奧氏體中尚有未溶解的滲碳體存在。滲碳體存在。q此時奧氏體的平均碳濃度低通過保溫，剩余滲碳體此時奧氏體的平均碳濃度低通過保溫，剩余滲碳體的原子擴散，使奧氏體中的碳濃度均勻化。的原子擴散，使奧氏體中的碳濃度均勻化。A形核形核 A晶核晶核長大長大 剩余剩余Fe3C溶解溶解 A均勻化均勻化A形成包括四個階段：形成包括四個階段： 未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C P（ Fe3C）Wc%: 0.02 6.69 0.77晶格：晶格

4、：b.c.c 復(fù)雜晶格復(fù)雜晶格 f.c.c As（ ）Ac1Wc（）（）spA1Ac1A（ ）（ Fe3C）P0.77Fe2.1 共析鋼奧氏體形成過程共析鋼奧氏體形成過程轉(zhuǎn)變是靠鐵、碳原子的擴散和鐵原子的晶格改組來完成的。o 非共析鋼加熱后的奧氏體要分兩步完成：非共析鋼加熱后的奧氏體要分兩步完成：n 第一步是加熱到第一步是加熱到Ac1以上，完成珠光體的奧氏體化；以上，完成珠光體的奧氏體化；n 第二步是繼續(xù)加熱至第二步是繼續(xù)加熱至Ac3 或或Acc 以上，完成鐵素以上，完成鐵素體或二次滲碳體的奧氏體化。體或二次滲碳體的奧氏體化。o 由此可見，對于非共析鋼要獲得單一奧氏體相，必須加由此可見，對于非

5、共析鋼要獲得單一奧氏體相，必須加熱到熱到Ac3 或或Acc以上，才能完成全部奧氏體化。以上，才能完成全部奧氏體化。2.2 亞（過）共析鋼奧氏體（亞（過）共析鋼奧氏體（A）形成）形成 若亞共析鋼加熱到若亞共析鋼加熱到Ac1Ac3之間（兩相區(qū)），獲得之間（兩相區(qū)），獲得AF組織；過共析鋼加熱到組織；過共析鋼加熱到Ac1Accm之間（兩相區(qū)），之間（兩相區(qū)），獲得獲得AFe3C組織，此時稱為組織，此時稱為不完全奧氏體化加熱不完全奧氏體化加熱。 將亞共析鋼和過共析鋼分將亞共析鋼和過共析鋼分別加熱到別加熱到Ac3或或 Accm以上完全以上完全轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳，此時稱為，此時稱為完全奧氏完全奧氏體化加熱體化

6、加熱。Ac3AccmAc1完全奧氏體化加熱完全奧氏體化加熱與與不完全奧氏體化加熱不完全奧氏體化加熱 :2.3.1 加熱溫度加熱溫度2.3 影響奧氏體形成的因素影響奧氏體形成的因素加熱溫度越高加熱溫度越高奧氏體形成速度加奧氏體形成速度加快，轉(zhuǎn)變所需要的快，轉(zhuǎn)變所需要的時間也越短時間也越短AAAAAA時間時間/s溫度溫度/ A A A A A A 32142.3.2 加熱速度加熱速度加熱速度越快加熱速度越快奧氏體形成速度加快，奧氏體形成速度加快，轉(zhuǎn)變所需要的時間也轉(zhuǎn)變所需要的時間也越短越短dcTdTcdcbaTbTaab珠光體珠光體A1時間時間溫度溫度奧氏體奧氏體Ac1v1v22.3.3 鋼的原始

7、組織鋼的原始組織 Fe3 C片間距片間距 界面多，形核多界面多，形核多 轉(zhuǎn)變快轉(zhuǎn)變快 片層狀珠光體比粒狀珠光體更易于形成片層狀珠光體比粒狀珠光體更易于形成AFe3C的形狀和大小影響的形狀和大小影響 A的形成。的形成。2. 合金元素：合金元素：2.3.4 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響1. 碳：碳：含碳量升高含碳量升高奧氏體的形成速度加快奧氏體的形成速度加快 （2）影響碳在奧氏體中的擴散速度。除）影響碳在奧氏體中的擴散速度。除Co、Ni外，外， 均減均減慢奧氏體形成速度。慢奧氏體形成速度。合金鋼的加熱保溫時間更長。合金鋼的加熱保溫時間更長。 （1）改變鋼的臨界點溫度。如）改變鋼的臨界點溫度。如 N

8、i、Mn降低，降低，Cr、W、Mo、V、Ti等提高臨界點等提高臨界點奧氏體形成溫度升高。奧氏體形成溫度升高。3.1 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度3 奧氏體的晶粒大小的控制奧氏體的晶粒大小的控制12Nn 式中：式中：n-放大放大100倍時，每平方英寸倍時，每平方英寸 (6.45cm2)面積內(nèi)觀察到的平均晶粒數(shù)。面積內(nèi)觀察到的平均晶粒數(shù)。N-晶粒度級別晶粒度級別通常通常14級為粗晶粒，級為粗晶粒，58級為細(xì)晶粒，級為細(xì)晶粒，8級級以外的晶粒稱為超細(xì)晶粒。以外的晶粒稱為超細(xì)晶粒。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖1. 起始晶粒度起始晶粒度 剛完成剛完成PA轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的A晶粒大小。晶粒大小。 2. 實際晶粒

9、度實際晶粒度 在某一具體加熱條件下得到的在某一具體加熱條件下得到的 奧氏體晶粒大小。奧氏體晶粒大小。3. 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度 反映了奧氏體晶粒長大的傾向性。反映了奧氏體晶粒長大的傾向性。 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：隨加熱溫度升高晶粒不易長大，如用隨加熱溫度升高晶粒不易長大，如用Al脫氧的鋼脫氧的鋼 根據(jù)本質(zhì)晶粒度的大小分為兩種鋼：根據(jù)本質(zhì)晶粒度的大小分為兩種鋼：本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼：隨加熱溫度升高晶粒容易長大，如用隨加熱溫度升高晶粒容易長大，如用Si或或Mn脫氧的鋼脫氧的鋼 AcAc1 1本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼溫度溫度晶粒尺寸晶粒尺寸鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖鋼的本質(zhì)

10、晶粒度示意圖1. 加熱溫度與保溫時間加熱溫度與保溫時間加熱溫度加熱溫度或保溫時間或保溫時間 A實際晶粒就越大實際晶粒就越大3.2 奧氏體晶粒大小的影響因素奧氏體晶粒大小的影響因素3. 鋼的含碳量鋼的含碳量含碳量含碳量 ，亞共析鋼易長大，過共析鋼不易長大（有，亞共析鋼易長大，過共析鋼不易長大（有未溶未溶Fe3C），共析鋼最易長大。），共析鋼最易長大。2. 加熱速度加熱速度在保證奧氏體成分均勻化的前提下，快速加熱、短時在保證奧氏體成分均勻化的前提下，快速加熱、短時保溫能夠獲得細(xì)小的奧氏體晶粒。如感應(yīng)加熱淬火保溫能夠獲得細(xì)小的奧氏體晶粒。如感應(yīng)加熱淬火 4. 第二相第二相高熔點的彌散碳化物和氮化物，

11、能阻礙晶粒長大。高熔點的彌散碳化物和氮化物，能阻礙晶粒長大。5. 原始組織原始組織 原始組織愈細(xì)，碳化物彌散度越大，晶粒原始組織愈細(xì)，碳化物彌散度越大，晶粒 越細(xì)小，越細(xì)小，奧氏體形核率高，則奧氏體形核率高，則A起始晶粒就越細(xì)小。起始晶粒就越細(xì)小。o 氧化：氧化：高溫作用下表面鐵原子與加熱介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水分子發(fā)生氧化反應(yīng)，或者合金元素與氧化性介質(zhì)在晶界氧化。o 脫碳：脫碳：保溫過程中鋼中固溶的碳原子與爐氣中的氧、二氧化碳、水分子等發(fā)生反應(yīng)，使表層的碳濃度降度。o 過熱：過熱：加熱溫度過高或者時間過長，晶粒顯著粗大，使得性能變差的現(xiàn)象稱為過熱，過熱可以挽救。o 過燒：過燒：加熱溫度繼續(xù)升高，奧氏體晶界嚴(yán)重氧化，甚至熔化，