工程材料曲線

工程材料曲線第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日

熱處理原理溫度時間加熱保溫冷卻A1A3Acm第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日鋼加熱時的轉(zhuǎn)變第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日C-曲線C-曲線是對碳鋼加熱得到奧氏體后，在冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變進行分析的工具。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式：(1)等溫冷卻轉(zhuǎn)變:就是使加熱到奧氏體的鋼，先以較快的冷卻速度冷到A1線以下一定的溫度，然后進行保溫，使奧氏體在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。（2）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變：是指在冷卻過程中，隨著時間的延長溫度連續(xù)下降。在實際生產(chǎn)中大多數(shù)的冷卻過程是連續(xù)冷卻。第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日一.鋼在熱處理時的冷卻方式熱加保溫時間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖3-6共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線0400600700200B下B上TSPMM+A殘A過冷A1500300Ms(240℃)Mf(-55℃)110102103104105106T

℃

τ(s)高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日a.高溫轉(zhuǎn)變共析鋼奧氏體過冷到A1～550℃之間，等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物屬于珠光體型組織。奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體的過程也是一個鐵素體與滲碳體交替生核長大的過程。如圖3-7所示。第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日珠光體的形成首先在奧氏體的晶界上產(chǎn)生滲碳體晶核，滲碳體的含碳量高于奧氏體，所以要將周圍奧氏體中的碳原子吸收過來，與此同時，使附近的奧氏體含碳量降低,為鐵素體的形成創(chuàng)造了有利條件，使這部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。由于鐵素體的溶碳能力很低，在其長大過程中必須將過剩的碳轉(zhuǎn)移到相鄰的奧氏體中，從而使相鄰奧氏體區(qū)域中的含碳量升高，又為產(chǎn)生新的滲碳體創(chuàng)造了條件。如此反復(fù)進行，奧氏體最終完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和滲碳體層片相間的珠光體組織。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日圖3-7珠光體轉(zhuǎn)變過程示意圖P(Fe3C+F)AFFe3CFe3C第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日珠光體的形成過程中需要碳原子的移動。溫度高時碳原子移動距離大，所形成的珠光體片層較寬，溫度較低時碳原子移動困難，所形成的珠光體片層較密。在727℃～650℃之間轉(zhuǎn)變得到的組織為珠光體；第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日珠光體的形成過程中需要碳原子的移動。溫度高時碳原子移動距離大，所形成的珠光體片層較寬，溫度較低時碳原子移動困難，所形成的珠光體片層較密。在727℃～650℃之間轉(zhuǎn)變得到的組織為珠光體；第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日在650℃～600℃之間轉(zhuǎn)變而得到的組織為索氏體，又叫細珠光體；在600℃～550℃之間轉(zhuǎn)變而得到的為屈氏體，又叫極細珠光體。電鏡形貌第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日這三種珠光體類組織只有層片間距大小之分，并無本質(zhì)區(qū)別。第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日b.中溫轉(zhuǎn)變共析鋼奧氏體過冷到550℃～240℃之間等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物屬于貝氏體型的組織。在這一溫區(qū)上部轉(zhuǎn)變形成上貝氏體;在這一溫區(qū)下部轉(zhuǎn)變得到下貝氏體。下貝氏體有較高的硬度和強度，塑性和韌性也較好，而上貝氏體基本上無實用價值。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日c.低溫轉(zhuǎn)變奧氏體在240℃以下碳原子移動極為困難。奧氏體只發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由面心立方的γ-鐵，轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的α—鐵。原奧氏體中所有的碳原子都保留在體心立方晶格內(nèi)，形成過飽和的α—鐵。這種碳在α—鐵中的過飽和固溶體叫馬氏體。第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日殘余奧氏體共析鋼奧氏體過冷到240℃(Ms)時，開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，隨著溫度下降，馬氏體逐漸增加，過冷奧氏體不斷減少，直至-50℃(Mf)時，過冷奧氏體才全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。所以，Ms與Mf之間的組織為馬氏體和殘余奧氏體。第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日由于含碳量不同，馬氏體有兩種形態(tài)。含碳量較高的馬氏體組織呈針葉狀，叫針葉馬氏體。含碳量較低的馬氏體組織為板條狀，叫板條馬氏體。第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日組織含碳量%機

械

性

能HRCσb(Mpa)akJ/cm2ψ(%)低碳0.240~4515006020~30高碳1.260~6550052~4第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日(2)連續(xù)冷卻圖3-9共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線0200400600800A1Msabcde秒)T℃第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日a.為隨爐冷卻，冷卻曲線與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相交時，奧氏體開始向珠光體轉(zhuǎn)變；冷卻曲線與轉(zhuǎn)變終了線相交后轉(zhuǎn)變完成。由于轉(zhuǎn)變是珠光體區(qū)進行的，所以得到珠光體組織。b.為在空氣中冷卻，由于冷速較快，轉(zhuǎn)變在索氏體區(qū)進行，所以轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為索氏體。第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日c.為油冷，冷卻曲線只與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相交(在屈氏體轉(zhuǎn)變區(qū))，未與轉(zhuǎn)變終了線相交。所以只有一部分奧氏體發(fā)生了轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為屈氏體；而另一部分奧氏體則在冷卻到Ms線后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后得到的是馬氏體和屈氏體的混合組織。即為油中冷卻的產(chǎn)物。d.為水冷，由于冷速快，冷卻曲線未與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相交，待冷到馬氏體轉(zhuǎn)變開始線以下時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日連續(xù)冷卻曲線與等溫C曲線的比較連續(xù)冷卻曲線位于等溫C曲線右下方，P轉(zhuǎn)變溫度更低，時間更長；共析鋼及過共析鋼的連續(xù)冷卻曲線中無B型轉(zhuǎn)變，而多了一條P轉(zhuǎn)變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時在一定溫度范圍內(nèi)過冷A會部分轉(zhuǎn)變?yōu)锽。第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日由于CCT曲線測定比較困難，許多鋼至今仍無，實際熱處理中常參照C曲線來定性估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程。第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日二)共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→B時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→BA→FA→Fe3C亞共析鋼過共析鋼亞、過共析鋼的TTT曲線第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日2.鋼的淬透性(1)淬透性的概念鋼的淬透性是指鋼在淬火時能獲得淬硬層深度的能力，它是鋼材本身固有的屬性。淬火時，工件截面上各處冷卻速度是不同的。其表面冷卻速度最大，大于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，淬火后獲得馬氏體組織。愈到中心冷卻速度愈小。在距表面某一深處的冷卻速度開始小于該鋼的馬氏體臨界冷卻速度，則淬火后將有非馬氏體組織出現(xiàn)，這時工件末被淬透。第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日(2)淬透性對力學(xué)性能的影響淬透性好的鋼，其力學(xué)性能沿截面是基本相同的；而淬透性差的鋼，其力學(xué)性能沿截面是不同的，愈靠近心部的力學(xué)性能愈低，特別是韌性值更為明顯。第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日(3)淬透性的測定與表示方法淬透性的測定方法很多，按GB225—63規(guī)定，結(jié)構(gòu)鋼末端淬透性試驗(端淬試驗)法是最常用的方法。用來測量淬透層的厚度。臨界直徑是一種直觀衡量淬透性的方法。臨界直徑是鋼在某種淬火冷卻介質(zhì)中冷卻后，心都能得到半馬氏體組織（50%）的最大直徑，用Do表示。

第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日頂端淬火法第三十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日臨界淬透直徑油淬水淬第三十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日牌號Do／mm牌號Do／mm淬水淬油淬水淬油4513~16.55~9.535CrMo36~4220~286011~176~1260Si2Mn55~6232~46T1010~15＜850CrVA55~6232~4065Mn25~3017~2538CrMoAl1008020Cr12~196~1220CrMoTi22~3515~2440Cr30~3819~2830CrMnSi40~5032~4035SiMn40~4625~3440MnB50~5528~40第三十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日鋼的淬透性的應(yīng)用鋼的淬透性是機械設(shè)計