熱處理原理及工藝章

熱處理原理及工藝章第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變，既可在等溫條件下進(jìn)行，又可在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行。因此可以用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖來全面地反映過冷奧氏體轉(zhuǎn)變與溫度、時間(或者與冷卻速度間)的關(guān)系，亦即反映在臨界溫度以下不同等溫溫度和冷卻速度下奧氏體的轉(zhuǎn)變情況。本章主要討論過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的建立、影響因素、基本類型以及等溫轉(zhuǎn)變圖與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較和應(yīng)用。

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第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.1、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

6.1.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的建立將奧氏體快冷至臨界點(diǎn)以下的某一溫度并在此溫度下進(jìn)行等溫，這一過程中所發(fā)生的轉(zhuǎn)變即稱為過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，由于等溫轉(zhuǎn)變圖通常呈現(xiàn)“C”字形，所以又稱為C曲線也稱為IT曲線(圖)或TTT（TimeTemperatureTransformation）曲線(圖)。它較全面地反映了過冷奧氏體在不同過冷度下等溫轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變開始和終了時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其轉(zhuǎn)變量與溫度和時間的關(guān)系。

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第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日一、測定方法

金相法:

它是利用金相顯微鏡直接觀察過冷奧氏體在不同溫度下各個等溫轉(zhuǎn)變階段上的相變產(chǎn)物及其數(shù)量，根據(jù)組織的變化來確定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始和終了的時間，從而繪制出等溫轉(zhuǎn)變圖。硬度法：這是一種較簡便的測定方法。其原理是利用按上述金相法熱處理后的試樣借所得組織的不同而在硬度上引起的差異來確定轉(zhuǎn)變的開始點(diǎn)和終了點(diǎn)。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日

膨脹法：

它是利用相變時比容的變化來測定等溫過程中轉(zhuǎn)變的開始點(diǎn)、終了點(diǎn)的一種方法。使用的測量設(shè)備為熱膨脹儀。測定時試樣經(jīng)奧氏體化后，迅速轉(zhuǎn)入預(yù)先控制好的等溫爐中，作等溫停留，此時膨脹儀可自動記錄出等溫轉(zhuǎn)變時所引起的膨脹效應(yīng)與時間的關(guān)系曲線。圖2等溫轉(zhuǎn)變時時間膨脹關(guān)系曲線過冷奧氏體經(jīng)純冷卻收縮bc和等溫轉(zhuǎn)變前的孕育期cd后，從d點(diǎn)起開始轉(zhuǎn)變，形成珠光體或貝氏體de表示等溫轉(zhuǎn)變過程，至e點(diǎn)時則表示己轉(zhuǎn)變完了。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日圖3共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖二、線、區(qū)的意義臨界點(diǎn)A1線，

馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)MS、Mf線；C形曲線（P、B）縱坐標(biāo)和轉(zhuǎn)變開始線之間的區(qū)域?yàn)樵杏?。孕育期最短的部位，即轉(zhuǎn)變開始線的突出部分，稱為鼻子。穩(wěn)定A區(qū)、過冷A區(qū)（過冷A等溫轉(zhuǎn)變的孕育期）、過冷A等溫轉(zhuǎn)變區(qū)、等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)、M形成區(qū)、M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。

第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日共析鋼的A等溫轉(zhuǎn)變圖，對亞共析鋼在發(fā)生P轉(zhuǎn)變之前有先共析鐵素體析出，因此亞共析鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線，在左上角有一條先共析鐵素體析出線，且隨C%增加向右下方移動，直至消失。對過共析鋼在發(fā)生P轉(zhuǎn)變之前有先共析滲碳體析出，因此過共析鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線；在左上角有一條先共析滲碳體析出線，且隨C%增加向左上方移動，直至消失。

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第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日轉(zhuǎn)變產(chǎn)物依等溫溫度不同，大體可分為三個溫度區(qū)（過冷度增加，過冷A發(fā)生的三種轉(zhuǎn)變）

(1)、珠光體型轉(zhuǎn)變：高溫區(qū)（在臨界點(diǎn)A1以下）、過冷度小，珠光體型組織轉(zhuǎn)變區(qū)，A→P；擴(kuò)散型相變(2)、馬氏體型轉(zhuǎn)變：低溫區(qū)（在MS以下）、過冷度大，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→M；非擴(kuò)散型相變(3)、貝氏體型轉(zhuǎn)變：中溫區(qū)（在A1以下、MS以上），發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→B。半擴(kuò)散型相變

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第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日過冷A等溫轉(zhuǎn)變速度受兩個主要因素：新相與母相間的自由能差△Gv和原子的擴(kuò)散系數(shù)D。這兩個因素作用是矛盾的。（1）、高溫時過冷度小，△Gv小，D大，以△Gv影響為主。（2）、低溫時過冷度大，△Gv大，D小，以D影響為主。上述兩個因素綜合作用的結(jié)果使TTT圖呈“C”字形。綜上所述，TTT圖為珠光體等溫轉(zhuǎn)變、馬氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變、貝氏體等溫轉(zhuǎn)變的綜合。需要指出的是珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變可能重疊得到P+B混合組織。B轉(zhuǎn)變與M轉(zhuǎn)變也會重疊。共析鋼的TTT圖為何呈“C”字形？

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第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日1、標(biāo)準(zhǔn)C曲線：P（T1，T2，T3）B（T4，T5，T6）2、亞(過)共析鋼C曲線上多了一條先共析鐵素體析出線。

3、共析鋼C曲線可看成兩個C字合成。轉(zhuǎn)變區(qū)都有重疊。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.1.2過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的基本類型

1、單C曲線珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變曲線相重迭，在A1-MS之間，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖只有一個“鼻子”，該處孕育朔最短。在“鼻子”以上進(jìn)行殊光體轉(zhuǎn)變，在“鼻子”以下進(jìn)行貝氏體轉(zhuǎn)變。這種類型多見于碳鋼或含非(或弱)碳化物形成元素的低合金鋼中。如鈷鋼、鎳鋼和含錳量較低的錳鋼等。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日2-3、雙C曲線珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變曲線相分離，奧氏體最大轉(zhuǎn)變速度在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：圖中出現(xiàn)了兩組曲線，上面一組代表珠光體轉(zhuǎn)變下面一組代表貝氏體轉(zhuǎn)變，兩轉(zhuǎn)變區(qū)之間出現(xiàn)了一個過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)合金元素含量較高時，兩組曲線截然分開。合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的抑制作用更強(qiáng)，故代表珠光體轉(zhuǎn)變的曲線更靠右。這種類型在含有鉻、鉬、鎢、釩等形成穩(wěn)定碳化物元素的鋼中經(jīng)常出現(xiàn)，如38CrMoAiA鋼。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日2-3、雙C曲線合金使P減慢。高碳及合金使B減慢。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日2-3、雙C曲線P、B在轉(zhuǎn)變后期分離

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第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日4、只有B的C曲線只有貝氏體轉(zhuǎn)變。

等溫轉(zhuǎn)變圖中在Ms點(diǎn)以上只有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域。至于珠光體轉(zhuǎn)變，則因合金元素作用使其孕育期很長，以致在奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖上未能出現(xiàn)。含較多鎳的低碳和中碳鉻鎳鉬鋼或鉻鎳鎢鋼屬于這種類型，如18Cr2Ni4WA。

5、只有P的C曲線珠光體轉(zhuǎn)變曲線與貝氏體轉(zhuǎn)變曲線相分離，奧氏體最大轉(zhuǎn)變速度在珠光休區(qū)：在合金奧氏體中當(dāng)含碳量較多時，奧氏體最大轉(zhuǎn)變速度出現(xiàn)在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，如Cr12鋼。

第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6、只有碳化物的C曲線只析出碳化物，無任何相變。在含碳和合金元素量較高的情況下珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變都被強(qiáng)烈抑制。同時MS點(diǎn)降到室溫以下，于是從A1到室溫的整個溫度范圍內(nèi)，除了析出碳化物外，不發(fā)生任何相變。這類鋼的奧氏體通常極其穩(wěn)定，屬于奧氏體鋼，如4Crl4Nil4W2Mo鋼.

第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6、2過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖

過冷典氏體的等溫轉(zhuǎn)變(TTT)圖反映了在等溫轉(zhuǎn)變時的規(guī)律，但鋼熱處理時的冷卻轉(zhuǎn)變卻多數(shù)是在連續(xù)冷卻條件下進(jìn)行的，如普通淬火、正火和退火等。雖然也可以利用等溫轉(zhuǎn)變圖來分析連續(xù)冷卻過程中奧氏體的分解情況，但這往往是粗略的，有時甚至?xí)a(chǎn)生錯誤的結(jié)果。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(稱為CT或CCT圖，即ContinuousCoolingTransformation的縮寫，簡稱為CT圖)。由于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變比較復(fù)雜，加之存在測試技術(shù)上的某些困難，以致許多鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上沒有精確測定。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.2.1過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的建立

金相—硬度法的原理它是將一組被測鋼的試樣(通常為直徑15毫米，厚度3毫米)加熱至奧氏體化溫度并保溫后，以一定速度自奧氏體狀態(tài)冷至指定的溫度T1、T2、T3……，并立即急冷(淬入水中)，將高溫的狀態(tài)固定到室溫。通過觀察金相組織和測量硬度（或尺寸-膨脹法），可確定轉(zhuǎn)變的開始點(diǎn)和終了點(diǎn)。再取另一些冷卻速度重復(fù)上述操作，即可求得在各種規(guī)定冷卻速度下的轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)、一定轉(zhuǎn)變量的點(diǎn)以及轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)。把各種相同物理意義的點(diǎn)連接起來就可得到CT圖。第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.2.2冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響

冷速質(zhì)量百分?jǐn)?shù)F-P硬度（a）冷速-無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；M+A殘（b）冷速-室溫組織：5%F+50%P+13%B+M+A殘：

（c）冷速-室溫組織:35%F+65%P）：隨冷速減小，F(xiàn)析出，A含碳高，Ms下降。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.2.3連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖與等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較共析鋼CCT圖只有P和M區(qū)，無B區(qū)。CCT圖與TTT圖鼻子不在同一點(diǎn)。（用等溫轉(zhuǎn)變圖來估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程是不夠精確的）。各冷卻速度下的室溫組織？

第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日合金鋼連續(xù)冷卻組織多變。（a）有P無B；（b）有P，B，M；（c）與（b）位置不同；（d）無P有B；（e）比（a）Ms低；（f）有碳化物，M。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.2.4鋼的臨界冷速VC，保證奧氏體在連續(xù)冷卻過程中全部分解而不發(fā)生馬氏休轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度，稱之為“臨界冷卻速度”。VC

與CCT曲線的形狀和位置有關(guān)。VC–V1

C曲線右移VC小。第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日6.3過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用

6.3.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用1．分級淬火

分級淬火是一種能減少內(nèi)應(yīng)力，避免工件變形和開裂的淬火工藝。其方法為將奧氏體化后的鋼件在MS點(diǎn)以上，奧氏體較穩(wěn)定的某一溫度（在MC以上）等溫，使鋼件表面與心部的溫度趨于一致，然