鐵碳合金平衡組織

1、1 第第3 3章章 鐵碳合金的平衡鐵碳合金的平衡 組織與非平衡組織組織與非平衡組織233.1 Fe-Fe3C相圖相圖3.2 Fe-C合金平衡結(jié)晶過程合金平衡結(jié)晶過程3.3 鐵碳相圖的應(yīng)用與局限鐵碳相圖的應(yīng)用與局限3.4 復(fù)線復(fù)線Fe-G相圖相圖3.5 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.6 鋼在冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變41Fe組元組元 - F e ( b c c ) 1 3 9 4 -Fe(fcc)912-Fe(bcc) (同同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變素異構(gòu)轉(zhuǎn)變)強度低、硬度低、韌性、塑性好強度低、硬度低、韌性、塑性好3.1 Fe-Fe3C相圖相圖一、一、Fe-Fe3C相圖的組元

2、相圖的組元同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變: :金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，從一種晶格轉(zhuǎn)變成另外一種晶構(gòu)的現(xiàn)象。屬二從一種晶格轉(zhuǎn)變成另外一種晶構(gòu)的現(xiàn)象。屬二次結(jié)晶或重結(jié)晶。鐵（鋼）熱處理的基礎(chǔ)。次結(jié)晶或重結(jié)晶。鐵（鋼）熱處理的基礎(chǔ)。2Fe3C （ Cem， Cm）熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。乎為零。5碳與鐵可以形成多相固溶體及系列化合物碳與鐵可以形成多相固溶體及系列化合物(Fe3C、Fe2C、FeC等等)。F e3CF e2CF e C溫度F eC( 6 .6 9 %C )F e3CF e3CF e2CF e2CF e CF e C溫度F e

3、C溫度F eC( 6 .6 9 %C ) Fe3C: 在在Fe-C相圖中表現(xiàn)為位于相圖中表現(xiàn)為位于6.69C處的豎直線，高于此處的豎直線，高于此數(shù)值的鋼鐵材料無力學(xué)使用價值。數(shù)值的鋼鐵材料無力學(xué)使用價值。 Fe3C熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。熔點高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。 碳在鋼鐵組織里主要是以碳在鋼鐵組織里主要是以Fe3C的方式存在，其形態(tài)、數(shù)量、分的方式存在，其形態(tài)、數(shù)量、分布形式是鋼鐵組織力學(xué)性能的最重要影響因素。布形式是鋼鐵組織力學(xué)性能的最重要影響因素。61液相液相L2相高溫鐵素體相高溫鐵素體 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相）二、二、Fe-Fe3C相圖中的相相圖中的相4

4、相、相、A奧氏體奧氏體 （C固溶到固溶到-Fe中中相）相） 強度低，易塑性變形強度低，易塑性變形3相、相、鐵素體鐵素體F （C固溶到固溶到 -Fe中中相）相） 強度、硬度低、塑性好強度、硬度低、塑性好 （室溫：（室溫：C%=0.0008%, 727 ：C%=0.0218%） 5Fe3C7 鐵素體鐵素體( F ) - Ferrite :單相組織單相組織 奧氏體奧氏體( A ) - Austenite ：單相組織單相組織 滲碳體滲碳體( Fe3C ) - Cementite：單相組織單相組織 珠光體珠光體 ( P ) - Pearite 雙相組織：鐵雙相組織：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。素體和

5、滲碳體組成的機械混合物。 萊氏體萊氏體( Ld ) - Ledeburite 雙相組織：雙相組織：奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。三、三、Fe-Fe3C相圖中的組織（鋼鐵基本組織）相圖中的組織（鋼鐵基本組織）四種固體相組成五種基本組織,室溫下組合成八種復(fù)雜的組織形態(tài) FAFe3CP Ld81三條水平線三條水平線和三個重要點和三個重要點四、相圖分析四、相圖分析（1）包晶轉(zhuǎn)變線）包晶轉(zhuǎn)變線HJB： 1495 ，C%=0.090.53%LB+HAJ 即即 L0.53+ 0.09 A0.17（2）共晶轉(zhuǎn)變線）共晶轉(zhuǎn)變線ECF，1148 ，C%=2.116.69%L4.3

6、 A2.11+Fe3C（共晶滲碳體）（共晶滲碳體）Le4.3 高溫萊氏體高溫萊氏體 Le，Ld9A0.77 (F0.0218+Fe3C)P（珠光體珠光體） 珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于珠光體的強度較高，塑性、韌性和硬度介于Fe3C和和F之間之間LeP+Fe3CII+Fe3C共晶共晶低溫萊氏體低溫萊氏體 Le（3）共析轉(zhuǎn)變線）共析轉(zhuǎn)變線PSK，727 ，C%=0.02186.69%AsFP+Fe3C（共（共析滲碳體）析滲碳體）10（1）液固相線）液固相線 液相線ABCD 固相線AHJECF（2）溶解度線）溶解度線 ES線碳在A中的固溶線，1148 ，2.11%727 ，0.77%，F(xiàn)e

7、3CII PQ線 碳在F中的固溶線，727 ，0.0218%0.0008%室溫，F(xiàn)e3CIII（3）GS線線2其他重要線和點其他重要線和點11鐵碳相圖鐵碳相圖（小結(jié)）（小結(jié)）一、一、Fe-Fe3C相圖的組元相圖的組元 Fe組元、Fe3C二、二、Fe-Fe3C相圖中的相相圖中的相 液相L、相 、相、 相、Fe3C三、三、Fe-Fe3C相圖分析相圖分析 液相線、固相線、2條溶解度線、GS線 3條水平線、3個重要點四、基于四、基于Fe-Fe3C 相圖的相圖的 Fe-C合金分類合金分類 三大類共7種液相線液相線ABCD固相線固相線AHJECF碳在鐵素體碳在鐵素體F中的溶解度線中的溶解度線PQ碳在奧氏體

8、碳在奧氏體A中的溶解度線中的溶解度線ES奧氏體奧氏體A開始析出鐵素體或者鐵素開始析出鐵素體或者鐵素體全部溶入奧氏體體全部溶入奧氏體A的轉(zhuǎn)變線的轉(zhuǎn)變線GSL LB B+H H A AJ J14950CL LC C A AE E +Fe+Fe3 3C C11480CA AS S F FP P +Fe+Fe3 3C C7270C12工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 C% C% 0.0218%亞共析鋼亞共析鋼 0.0218% 0.0218% C%C% 0.77% % 共共 析析 鋼鋼 C%=C%= 0.77% %過共析鋼過共析鋼 0.77%0.77% C%C% 2.11%2.11% 鋼鋼0.0218%0.0218%

9、C%C% 2.11%2.11%亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11% 2.11% C%C% 4.3%4.3%共共 晶晶 白口鑄鐵白口鑄鐵 C%= C%= 4.3%4.3%過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 4.3 %4.3 % C%C% 6.69%6.69% 白口鑄鐵白口鑄鐵2.11%2.11% C%C% 6.69%6.69%133.2 Fe-C合金平衡結(jié)晶過程合金平衡結(jié)晶過程合金典型分類：合金典型分類：141工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 (C%0.0218%） 工業(yè)純鐵結(jié)晶過程示意圖15L-L+- - + F- F-F+Fe3CIII相組成物：相組成物： F+Fe3C C%0.0008% F C%0.000

10、8%相相對量：相相對量： F%= Fe3CIII%= 組織組成物：組織組成物：F和和Fe3CIII16工業(yè)純鐵組織金相圖工業(yè)純鐵組織金相圖172共析鋼共析鋼 (C%=0.77%)18L L+A A A+P P相組成物：相組成物：F和和Fe3C F%= Fe3C%= 組織組成物組織組成物 ： P P%=100%19共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織低倍放大低倍放大高倍放大高倍放大20共析鋼組織金相圖共析鋼組織金相圖21L L+A A A+P P相組成物相組成物：F和Fe3C組織組成物組織組成物 ： P 組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變：組織相對含量組織相對含量：P=100%相相對含量相相對含量

11、：F%=Fe3C%=（X1=0.77%）共析鋼結(jié)晶過程示意圖共析鋼結(jié)晶過程示意圖共析鋼共析鋼 (C%=0.77%） -小結(jié)小結(jié)2223X13亞共析鋼亞共析鋼 (0.0218%C%0.77% ) LL+A A A+F A+P+F P+F相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量：F%= Fe3C%= 組織組成物：組織組成物：F、P組織相對量：組織相對量：P%= F%= PX1SQX1K2445#金相PF亞共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織亞共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織25亞共析鋼組織金相圖亞共析鋼組織金相圖26相組成物相組成物：F和Fe3C組織組成物組織組成物 ： F+P 組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變：亞共析

12、鋼（亞共析鋼（0.0218% C% 0.77%）-小結(jié)小結(jié)(不同不同C%亞共析鋼？亞共析鋼？) L L+A A A+F A+F+P F+P相相對含量相相對含量：F%=Fe3C%=（X1=0.0218-0.77%）組織相對含量組織相對含量：P%=F%=亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖27亞共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織亞共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織0.15%C0.4%C0.77%C0.7%C28294過共析鋼過共析鋼(0.77%C%2.11% ) LL+AAA+Fe3CIIA+P+Fe3CIIP+Fe3CII相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：組織組成物：P

13、，F(xiàn)e3CII組織相對量：組織相對量：Fe3CII%= P%= QX1KSX1K30T12鋼金相PFe3CII過析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織過析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織31過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖32相組成物相組成物：F和Fe3C組織組成物組織組成物 ： Fe3CII+P 組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變： L L+A A A+Fe3CII A+Fe3CII+P Fe3CII+P組織相對含量組織相對含量：Fe3CII%=P%=相相對含量相相對含量：F%=Fe3C%=（X=0.77-2.11%）過共析鋼結(jié)晶過程示意圖過共析鋼結(jié)晶過程示意圖過共析鋼過共析鋼(0.77%C%2.11% ) -小結(jié)（不同小結(jié)（不

14、同C%過共析鋼？）過共析鋼？） 33過共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織過共析鋼室溫平衡狀態(tài)顯微組織硝酸硝酸+酒精酒精 腐蝕腐蝕堿性苦味酸鈉堿性苦味酸鈉 腐蝕腐蝕0.9%C1.2%C343545#金相T12鋼金鋼金相相過共析鋼過共析鋼亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼比 較365共晶白口鐵（共晶白口鐵（C%=4.3%） LL+LeLe (A+Fe3C共晶共晶) Le (A+Fe3C共晶共晶+Fe3CII) Le(P+Fe3CII+Fe3C) 相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C F%= Fe3C%= 組織組成物：組織組成物：LeLe%=100%37共晶白口鐵金相38 共晶白口鐵組織金相圖共晶白口鐵組織金相圖39

15、6亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 (2.11%C%4.3% )相組成物：相組成物：F，F(xiàn)e3C相相對量：相相對量：F%= Fe3C%= 組織組成物：組織組成物：P，Le，F(xiàn)e3CII40亞共晶白口鑄鐵金相417過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 (4.3%C%1154)AE+G（共晶）（共晶）+GI (1154 ) 共晶成分共晶成分LAE+G（共晶）（共晶） (1154 ) 亞共晶成分亞共晶成分LAE+G（共晶）（共晶）+AE初生初生 (1154 ) b. 第第II階段階段析出二次石墨析出二次石墨 AA+GII (1154 738 ) c. 第第III階段階段共析石墨共析石墨 AsFP+G（共析）（共

16、析） (738 )三、鑄鐵的石墨化過程三、鑄鐵的石墨化過程54第第I階段階段第第II階段階段第第I階段階段第第I階段階段第第III階段階段55附：舉例：亞附：舉例：亞共晶鑄鐵共晶鑄鐵(3.0%)穩(wěn)定平穩(wěn)定平衡轉(zhuǎn)變示意圖衡轉(zhuǎn)變示意圖561按石墨化各階段進行的程度不同，得到不同組織的鑄鐵。按石墨化各階段進行的程度不同，得到不同組織的鑄鐵。四、鑄鐵的組織和分類四、鑄鐵的組織和分類名稱名稱第一階段第一階段（液相析出）（液相析出）第二階段第二階段（A中析出）中析出）第三階段第三階段（共析析出）（共析析出）顯微組織顯微組織灰口鑄鐵灰口鑄鐵 充分（充分（AE+G)充分（充分（AE+G)充分（充分（AE+G)

17、 充分（充分（As+G)充分（充分（As+G)充分（充分（As+G) 充分充分(F+G) 部分部分(F+P+G) 不進行不進行 F+GF+P+GP+G 麻口鑄鐵麻口鑄鐵 部分（部分（AE+G+Le) 部分（部分（As+G+Le) 不進行不進行 P+Le+G 白口鑄鐵白口鑄鐵 不進行不進行 不進行不進行 不進行不進行 P+Le+Fe3C 石墨化程度石墨化程度572接石墨形態(tài)分類接石墨形態(tài)分類 a. 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 片狀石墨片狀石墨b. 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球狀球狀c. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 團絮狀團絮狀d. 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕蟲狀蠕蟲狀58 a. C、Si強烈促進石墨化強烈促進石墨化 P 促進石墨

18、化微弱，提高鑄鐵流動性，促進石墨化微弱，提高鑄鐵流動性，(Fe3P) 碳當(dāng)量：碳當(dāng)量：CE=C+1/3(Si+P) b. S、Mn S: 阻礙石墨化，熱脆阻礙石墨化，熱脆 Mn: Mn +SMnS 削弱硫的危害削弱硫的危害 c. 合金元素合金元素 Cr、W、Mo、V 與與C親合力強，阻礙石墨化親合力強，阻礙石墨化 Al、Cu、Ni、Co增加增加Fe自擴散能力，促進石墨化。自擴散能力，促進石墨化。五、影響石墨化過程的因素五、影響石墨化過程的因素1化學(xué)成分化學(xué)成分 C Si Mn S P Me2冷卻速度冷卻速度冷卻速度降低，促進石墨化。冷卻速度降低，促進石墨化。59六、石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響六、

19、石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響石墨相當(dāng)于鋼基體上的裂紋或空洞，減少基體的有石墨相當(dāng)于鋼基體上的裂紋或空洞，減少基體的有效截面積，并引起效截面積，并引起應(yīng)力集中應(yīng)力集中； 傾向：片狀石墨團絮狀石墨球狀石墨；石墨在組織中是軟相石墨在組織中是軟相,引起引起強度、塑性強度、塑性改變；改變； 蠕墨、可鍛、球墨鑄鐵中石墨對基體割裂作用小，強度、塑性較高。 變質(zhì)處理變質(zhì)處理使石墨細化，割裂作用減輕，強度提高。603.5 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變61A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm62 加熱時由鐵素體+滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程。 涉及晶格改組和Fe、C原子的擴散過程

20、。 遵循形核、長大規(guī)律。2共析鋼奧氏體化溫度共析鋼奧氏體化溫度 Ac1溫度。 一、共析鋼的奧氏體化一、共析鋼的奧氏體化1奧氏體化奧氏體化63F FFe3CFe3C未未溶溶Fe3C未未溶溶Fe3CA A殘殘余余Fe3C殘殘余余Fe3CA AAA AA形形核核A長長大大殘殘余余Fe3C溶溶解解A 均均勻勻化化64a. 形核：優(yōu)先在相界形核：優(yōu)先在相界F，F(xiàn)e3Cb. 長大：長大：c. 滲碳體完全溶解：滲碳體完全溶解：d. 碳的均勻化：碳的均勻化：3共析鋼奧氏體化過程共析鋼奧氏體化過程F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) A (Fcc, 0.77)示意65二、亞二、亞(過過)析鋼的奧氏體

21、化析鋼的奧氏體化亞析鋼亞析鋼過析鋼過析鋼P + F AP+ Fe3C AAc1Ac3Ac1Accm66三、影響奧氏體化的因素三、影響奧氏體化的因素1加熱溫度加熱溫度 TA化速度 (因為過熱度、D、形核孕育期 ）V 轉(zhuǎn)變開始溫度，轉(zhuǎn)變時間；V ，轉(zhuǎn)變時間 ，接近平衡轉(zhuǎn)變2加熱速度加熱速度673含碳量含碳量 C% Fe3C / Fe3C界面多形核核心多轉(zhuǎn)變快4合金元素合金元素 a. Cr、Mo、W、 Mn 、V、Nb、Ti強碳化物形成元素，形成碳化物，阻礙碳擴散， 奧氏體形成速度 ； b. Co、Ni非碳化物形成元素，奧氏形成速度； c. Al、Si影響不太。5原始組織原始組織 片狀，片間距小相界

22、面多碳彌散度大碳原子擴散距離短奧氏體形核長大快 ； 片狀 粒狀。68四、奧氏體晶粒大小及控制四、奧氏體晶粒大小及控制 表征晶體內(nèi)晶粒大小的量度，通常用長度、面積、體積或晶粒度級別表示。1晶粒度晶粒度692起始晶粒度、實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度起始晶粒度、實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度：鋼奧氏體晶粒長大的傾向。 奧氏體晶粒隨溫度的升高而迅速長大本質(zhì)粗晶鋼 奧氏體晶粒隨溫度升高到某一溫度時，才迅速長大本質(zhì)細晶鋼 （見下圖） 起始晶粒度起始晶粒度：P A結(jié)束時的晶粒度； 實際晶粒度實際晶粒度：鋼在某一具體處理過程中所得奧氏體晶粒的大?。?0本質(zhì)細晶粒和本質(zhì)粗晶粒（示意圖）本質(zhì)細晶粒和本質(zhì)粗

23、晶粒（示意圖）713奧氏體晶粒度的控制奧氏體晶粒度的控制a. 加熱工藝加熱工藝 合理的加熱溫度（見下圖）與保溫時間。b. 鋼的成分鋼的成分合金化合金化 i. A中C%晶粒 ii. 合金元素% 晶粒 碳化物形成元素碳化物形成元素：形成穩(wěn)定碳化物阻礙擴散，細化晶粒； Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率 且C擴散受阻本質(zhì)細晶鋼； Mn 、P等等：促進長大。72731.1.奧氏體晶粒均勻細小奧氏體晶粒均勻細小, ,熱熱處理后鋼的力學(xué)性能提高。處理后鋼的力學(xué)性能提高。2.2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產(chǎn)生較大的變形容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。甚至開裂。奧氏體

24、晶粒大小對鋼的力學(xué)性能的影響奧氏體晶粒大小對鋼的力學(xué)性能的影響744.6 鋼在冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變1 連續(xù)處理 2 等溫處理 75A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm76共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖（共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）曲線）（a）不同等溫下的等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線（b）等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1共析鋼過冷共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT圖、C曲線）獲得獲得：冷卻到一定溫度，保溫，測量A過冷轉(zhuǎn)變開始和終了時間T - timeT - temperatureT - transformationC -

25、 Shape77共共析析碳碳鋼鋼TTT 曲曲線線建建立立過過程程示示意意圖圖時時間間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫溫度度()0400時時間間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫溫度度()04003001021031041010800-100100200500600700溫溫度度()04001021031041010800-100100200500600700溫溫度度()0400800-100100200500600700溫溫度度()0400A178特點：特點：i. A1（727度）以上：A穩(wěn)定

26、ii. A1 （727度）以下：過冷A不穩(wěn)定，iii. C曲線有一最小孕育期（550度）： 1：T，AP的驅(qū)動力提高 2：TDiiii. 轉(zhuǎn)變開始線與轉(zhuǎn)變終了線79穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非擴散型轉(zhuǎn)變非擴散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半擴散型轉(zhuǎn)變半擴

27、散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴散型轉(zhuǎn)變擴散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。 A +產(chǎn)產(chǎn) 2共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特征共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特征80A1鼻子溫度（鼻子溫度（550）A過冷過冷P（S，T）索氏體，屈氏體。）索氏體，屈氏體。 P的形成取決于形核、長大速率。的形成取決于形核、長大速率。 T，形核，長大。 T600，D，長大慢 層間距薄、短 擴散型相變，綜合性能好擴散型相變，綜合性能好。 HB較低，韌性好。 THB，強度（1）高溫轉(zhuǎn)變區(qū)）高溫轉(zhuǎn)變區(qū) P S T81A1650 : P ; 525HRC; 片間

28、距為片間距為0.60.7m ( 500 )。650600 : 細片狀細片狀P-索氏體索氏體(S); 片間距為片間距為0.20.4m (1000);2536HRC。600550:極細片極細片狀狀P-屈氏體屈氏體(T); 片間片間距為距為0.2m ( 電鏡電鏡 );3540HRC。82珠珠 光光 體體 形形 貌貌 像像光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌83光鏡形貌電鏡形貌 索索 氏氏 體體 形形 貌貌 像像84 屈屈 氏氏 體體 形形 貌貌 像像電鏡形貌光鏡形貌85（2）中溫區(qū)轉(zhuǎn)變）中溫區(qū)轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 550230 （Ms）A過冷過冷B，碳化物分布在含過飽和碳的，碳化物分布在含過

29、飽和碳的F基體上的兩相機械混合物?；w上的兩相機械混合物。550350上貝氏體上貝氏體半擴散型，半擴散型，F(xiàn)e不擴散不擴散羽毛狀羽毛狀（見下圖）（見下圖）碳化物在碳化物在F間，韌性差間，韌性差350Ms 下貝氏體下貝氏體 C原子有一定原子有一定的擴散能力的擴散能力 針狀針狀 （見下圖）（見下圖）碳化物在碳化物在F內(nèi)，韌性高，內(nèi)，韌性高，綜合機械性能好綜合機械性能好 B上B下86B上上 =過飽和碳過飽和碳 -Fe條狀條狀+ Fe3C細條狀細條狀過飽和碳過飽和碳-Fe條狀條狀 Fe3C細條狀細條狀羽毛狀羽毛狀B下下 =過飽和碳過飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀 + Fe3C細片狀細片狀過飽和碳過飽和碳

30、-Fe針葉狀針葉狀Fe3C細片狀細片狀針葉狀針葉狀87上貝氏體組織金相圖上貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖88轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 馬氏體M，碳在-Fe中的過飽和固溶體。 使-Fe 晶格發(fā)生變化。b. 實實 質(zhì)：質(zhì)： T低C無法擴散非擴散性晶格切變(見下圖)過飽和C的鐵素體。c. M轉(zhuǎn)變的特征：轉(zhuǎn)變的特征： 無擴散性； 瞬時性； 存在Ms,Mf； 不完全性； 體積膨脹。（3）低溫區(qū)轉(zhuǎn)變）低溫區(qū)轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體轉(zhuǎn)變，MSMf之間一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成的，之間一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成的，屬于非擴散型轉(zhuǎn)變。屬于非擴散型轉(zhuǎn)變。 A過冷過冷M+A殘余殘余89 由于碳的過

31、飽和作用由于碳的過飽和作用, ,使使FeFe晶格由晶格由體心立方體心立方變成體心正方晶格。變成體心正方晶格。90奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.00溫度Wc 1006007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.006007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.0 1.21.4 1.61.82.00溫度Wc 100MsMsM

32、fMf91奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100殘余奧氏體量( % )90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100殘余奧氏體量90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100殘余奧氏體量( % )92d. M的組織形態(tài)的組織形態(tài)板條狀板條狀

33、- 低碳馬氏體低碳馬氏體(0.23%C ); 3050HRC ; = 917%。C%1.0%，針，針/片狀馬氏體片狀馬氏體M針針93針、片狀針、片狀 - 高碳馬氏體高碳馬氏體(1.0%C); 66HRC左右左右 ; 1%。 高碳針片狀馬氏體組織金相圖高碳針片狀馬氏體組織金相圖94e. M的性能的性能馬氏體的碳濃度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉強度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200主要取決于馬氏體中的碳濃度。主要取決于馬氏體中的碳濃度。953共析鋼等溫

34、轉(zhuǎn)變組織共析鋼等溫轉(zhuǎn)變組織性能的關(guān)系性能的關(guān)系 轉(zhuǎn)變溫度降低，片間距小，細晶強化強度、硬度、塑性、韌性提高。 B上（羽毛狀）：強度、韌性差； B下（針狀） ：硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機械性能。 硬度高C%HRC 針/片狀馬氏體（高C% ），硬而脆，塑、韌性差； 板條狀（低C% ） ，強度高，塑性、韌性好。（1）珠光體型）珠光體型（2）貝氏體）貝氏體（3）馬氏體）馬氏體964亞（過）共析鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線亞（過）共析鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線在C曲線左端多一條曲線。 亞：先析出F， 過：先析出Fe3C碳含量對碳鋼C曲線的影響97二、影響二、影響C曲線的因素曲線的因素 C曲線反映奧氏體的穩(wěn)定性及

35、分解轉(zhuǎn)變特性，這些取決于奧氏體的化曲線反映奧氏體的穩(wěn)定性及分解轉(zhuǎn)變特性，這些取決于奧氏體的化學(xué)成分和加熱時的狀態(tài)。學(xué)成分和加熱時的狀態(tài)。 C曲線的形狀位置，不僅對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變速度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性曲線的形狀位置，不僅對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變速度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能具有重要意義，而且對鋼的熱處理工藝也有指導(dǎo)性作用。能具有重要意義，而且對鋼的熱處理工藝也有指導(dǎo)性作用。 A中中C%C曲線右移曲線右移. 對亞共析鋼對亞共析鋼：鋼中：鋼中C%，A中中C%C曲線右移曲線右移 對過共析鋼對過共析鋼：一般在：一般在AC1以上以上A化，鋼中化，鋼中C%，未溶，未溶Fe3C 有利于形核有利于形核C曲線左移；曲線左移；

36、當(dāng)溫度超過當(dāng)溫度超過Accm時，時， Fe3C全溶解，全溶解， C曲線右移曲線右移 共析鋼共析鋼：C曲線最靠右邊，穩(wěn)定性最高，孕育期最長。曲線最靠右邊，穩(wěn)定性最高，孕育期最長。1含碳量含碳量98碳含量對碳鋼碳含量對碳鋼C曲線的影響曲線的影響過過 共共析析 鋼鋼過過 共共析析 鋼鋼共共 析析鋼鋼共共 析析鋼鋼亞亞 共共析析 鋼鋼亞亞 共共析析 鋼鋼時 間溫度A1時 間溫度A1溫度A199除除Co以外，所有合金元素溶入以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷中，增大過冷A穩(wěn)定性穩(wěn)定性C曲線右移曲線右移 非碳化物形成元素，非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu, 不改變不改變C曲線形狀，使右移曲線形狀，使右

37、移 強碳化物形成元素，強碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改變改變C曲線形狀并右移曲線形狀并右移除除Co、Al 外，均使外，均使Ms、Mf 下降，殘余下降，殘余A2合金元素，（合金元素，（Co%左移）左移）（見下圖見下圖） A化溫度化溫度或加熱時間或加熱時間（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）核率降低）A穩(wěn)定性穩(wěn)定性，孕育期延長，孕育期延長，C曲線右移曲線右移3加熱溫度和加熱時間加熱溫度和加熱時間100合金元素對碳鋼合金元素對碳鋼C曲曲線的影響線的影響（a）Ni的影響的影響（b）Cr的影響的影響（c）W的影響的影響A1Ms含含Cr合

38、金鋼合金鋼MsA1向右移向右移向下移向下移除除Co、Al (2.5% ) 外外,所有所有合金元素溶入奧合金元素溶入奧氏體中，會使氏體中，會使:101三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)?、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 （CCT曲線）Ps：AP開始線開始線Pf：AP終止線終止線K：珠光體型轉(zhuǎn)變終止線：珠光體型轉(zhuǎn)變終止線Vk：上臨界冷卻速度（馬氏體臨界：上臨界冷卻速度（馬氏體臨界冷卻速度）冷卻速度）M最小冷速最小冷速Vk：下臨界冷速：下臨界冷速完全完全P最大冷速最大冷速1過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖C - continuousC - coolingT - transformation1

39、02（1）CCT位于位于TTT曲線右曲線右下方下方 ，AP轉(zhuǎn)變溫度低轉(zhuǎn)變溫度低一些，一些，t長一些長一些（2）CCT無無AB轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 CCT測定困難，常用測定困難，常用TTT曲線定性分析曲線定性分析2連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線和等連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線和等溫轉(zhuǎn)變曲線的比較溫轉(zhuǎn)變曲線的比較103（1）根據(jù)工件的組織與性能要求，確定熱處理工藝。）根據(jù)工件的組織與性能要求，確定熱處理工藝。（2）為了獲得）為了獲得M，確定工件淬火時的臨界冷速。，確定工件淬火時的臨界冷速。（3）可以指導(dǎo)連續(xù)冷卻操作。）可以指導(dǎo)連續(xù)冷卻操作。（4）選擇鋼材的依據(jù)。鋼號不同，）選擇鋼材的依據(jù)。鋼號不同，C曲線不同。曲線不同。（5）C曲線對

40、選擇淬火介質(zhì)與淬火方法有指導(dǎo)。曲線對選擇淬火介質(zhì)與淬火方法有指導(dǎo)。3C曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用V1 ：爐冷（退火）：爐冷（退火） PV2 ：空冷，：空冷，S，TV3：空冷，：空冷，S，TV4：油冷，：油冷，T+M+AV5 ：M+A穩(wěn)穩(wěn)定定的的奧奧氏氏體體區(qū)區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf穩(wěn)穩(wěn)定定的的奧奧氏氏體體區(qū)區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf穩(wěn)穩(wěn)定定的的奧奧氏氏體體區(qū)區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100

41、200500600700溫度()0400800-100100200500600700溫度()0400A1MsMfV1V1V2V2VkVkV3V3V4V4V1 = 5.5/s :爐爐冷冷; PV2 = 20/s :空空冷冷; SV3 = 33/s :油油冷冷;T+M+A殘殘V4 138/s :水水冷冷; M+A殘殘104共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的比較及轉(zhuǎn)變組織105作業(yè)：作業(yè)：術(shù)語：石墨化，珠光體，奧氏體，鐵素體，滲碳體，萊氏體，晶粒度術(shù)語：石墨化，珠光體，奧氏體，鐵素體，滲碳體，萊氏體，晶粒度簡答題簡答題：1、碳在、碳在Fe-C合金中有哪些存在方式？合金中有哪些存在方式？2、液態(tài)、液態(tài)Fe-C合