鋼的熱處理原理-資料下載頁

　　

【正文】 體的慣習面近于 {111}A、 {225}A和 {259}A。由于慣習面的不同，常常造成馬氏體組織形態的不同。 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 ④ 馬氏體轉變是在一定溫度范圍內完成的，馬氏體的形成量是溫度或時間的函數。在一般合金中，馬氏體轉變開始后，必須繼續降低溫度，才能使轉變繼續進行，如果中斷冷卻，轉變便告停止。但在有些合金中，馬氏體轉變也可以在等溫條件下進行，即轉變時間的延長使馬氏體轉變量增多。在通常冷卻條件下馬氏體轉變開始溫度 Ms與冷卻速度無關。當冷卻到某一溫度以下，馬氏體轉變不再進行，此即馬氏體轉變終了溫度，也稱 Mf點。 ⑤ 在通常情況下，馬氏體轉變不能進行到底，也就是說當冷卻到 Mf點溫度后還不能獲得 100%的馬氏體，而在組織中保留有一定數量的未轉變的奧氏體，稱之為殘余奧氏體。淬火后鋼中殘余奧氏體量的多少，和 Ms～ Mf點溫度范圍與室溫的相對位置有直接關系，并且和淬火時的冷卻速度以及冷卻過程中是否停頓等因素有關。 ⑥ 奧氏體在冷卻過程中如在其一溫度以下緩冷或中斷冷卻，常使隨后冷卻時的馬氏體轉變量減少，這一現象稱為熱陳化穩定，也稱奧氏體穩定化。能引起熱陳化穩定的溫度上限稱為 Mc點，高于此點，緩冷或中斷冷卻不引起熱陳化穩定。 ⑦ 在某些鐵系合金中發現，奧氏體冷卻轉變為馬氏體后，當重新加熱時，已形成的馬氏體可以逆轉變為奧氏體。這種馬氏體轉變的可逆性，也稱逆轉變。通常用 As表示逆轉變開始點， Af表示逆轉變終了點。 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 3. 影響 C曲線的因素 影響 C曲線的位置和形狀的因素如下。 1) 含碳量的影響 亞共析鋼與過共析鋼的過冷奧氏體等溫轉變曲線 (見圖 、 )。由圖可知，亞共析鋼的 C曲線比共析鋼多一條先共析鐵素體析出線，比過共析鋼多一條二次滲碳體的析出線。 在一般熱處理加熱條件下，碳使亞共析鋼的 C曲線右移，使過共析鋼的 C曲線左移。 2) 合金元素的影響 除 Co以外，鋼中所有合金元素的溶入均增大過冷奧氏體的穩定性，使 C曲線右移。不形成碳化物或弱碳化物形成元素，如 Si、 Ni、 Cu和 Mn，只改變 C曲線的位置，不改變 C曲線的形狀。碳化物形成元素如 Mo、 W、 V、 Ti等，當它們溶入奧氏體以后，不僅使 C曲線的位置右移，而且使 C曲線呈兩個“鼻子”，即把珠光體轉變和貝氏體轉變分開，中間出現一過冷奧氏體穩定性較大的區域。 3) 加熱溫度和保溫時間的影響 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體越均勻，提高了過冷奧氏體的穩定性，使 C曲線右移。 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 圖 亞共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線 圖 過共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線 許多熱處理工藝是在連續冷卻過程中完成的，如爐冷退火、空冷正火、水冷淬火等。在連續冷卻過程中，過冷奧氏體同樣能進行等溫轉變時所發生的幾種轉變，即：珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變等，而且各個轉變的溫度區也與等溫轉變時的大致相同。在連續冷卻過程中，不會出現新的在等溫冷卻轉變時所沒有的轉變。但是，奧氏體的連續冷卻轉變不同于等溫轉變。因為，連續冷卻過程要先后通過各個轉變溫度區，因此可能先后發生幾種轉變。而且，冷卻速度不同，可能發生的轉變也不同，各種轉變的相對量也不同，因而得到的組織和性能也不同。所以，連續冷卻轉變就顯得復雜一些，轉變規律性也不像等溫轉變那樣明顯，形成的組織也不容易區分。 前邊講過，過冷奧氏體等溫轉變的規律可以用 C曲線來表示出來。同樣地，連續冷卻轉變的規律也可以用另一種 C曲線表示出來，這就是“連續冷卻 C曲線”，也叫作“熱動力學曲線”。根據英文名稱字頭，又稱為“ CCT(Continuous Cooling Transformation)曲線”。它反映了在連續冷卻條件下過冷奧氏體的轉變規律，是分析轉變產物組織與性能的依據，也是制訂熱處理工藝的重要參考資料。 20世紀 50年代以后，由于實驗技術的發展，才開始精確地測量許多鋼的連續冷卻 C曲線，直接用來解決連續冷卻時的轉變問題。 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 1. 共析鋼過冷奧氏體連續冷卻 C曲線 以共析鋼為例，用若干組共析鋼的小圓片試樣，經同樣奧氏體化以后，每組試樣各以一個恒定速度連續冷卻，每隔一段時間取出一個試樣淬入水中，將高溫分解的狀態固定到室溫，然后進行金相測定，求出每種轉變的開始溫度、開始時間和轉變量。將各個冷速下的數據綜合繪在“溫度 — 時間對數”的坐標中，便得到共析鋼的連續冷卻 C曲線，如圖 。由圖可以看到，珠光體轉變區由三條曲線構成，左邊一條是轉變開始線，右邊一條是轉變終了線，下面一條是轉變中止線。馬氏體轉變區則由兩條曲線構成；一條是溫度上限 Ms線，另一條是冷速下線 。從圖可以看出： ① 當冷卻速度 V＜ 時，冷卻曲線與珠光體轉變開始線相交便發生 → P，與終了線相交時，轉變便告結束，形成全部的珠光體。 ② 當冷速 ＜ V＜ 時，冷卻曲線只與珠光體轉變開始線相交，而不再與轉變終了線相交，但會與中止線相交，這時奧氏體只有一部分轉變為珠光體。冷卻曲線一旦與中止線相交就不再發生轉變，只有一直冷卻到 Ms線以下才發生馬氏體轉變。并且隨著冷速 V的增大，珠光體轉變量越來越少，而馬氏體量越來越多。 kV?kV?kV? kV 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 圖 共析鋼連續冷卻 C曲線 ③ 當冷速 V＞ 時，冷卻曲線不再與珠光體轉變開始線相交，即不發生 → P，而全部過冷到馬氏體區，只發生馬氏體轉變。此后再增大冷速，轉變情況不再變化。 kV?γ 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 由上面分析可見， 是保證奧氏體在連續冷卻過程中不發生分解而全部過冷到馬氏體區的最小冷速，稱為“上臨界冷速”，通常也叫做“淬火臨界冷速”。 則是保證奧氏體在連續冷卻過程中全部分解而不發生馬氏體轉變的最大冷速，稱為“下臨界冷速”。 ④ 共析碳鋼的連續冷卻轉變只發生珠光體轉變和馬氏體轉變，不發生貝氏體轉變，也就是說，共析碳鋼在連續冷卻時得不到貝氏體組織。但有些鋼在連續冷卻時會發生貝氏體轉變，得到貝氏體組織，例如某些亞共析鋼、合金鋼。要注意的是，亞共析鋼的連續冷卻 C曲線與共析鋼的大不相同，主要是出現了鐵素體的析出線和貝氏體轉變區，還有 Ms線右端降低等。 2. 連續冷卻 C曲線與等溫冷卻 C曲線的比較 連續冷卻過程可以看成是由無數個微小的等溫過程組成，在經過每一個溫度時都停留一個微小時間，連續冷卻轉變就是這些微小等溫過程孕育、發生和發展的。所以說等溫轉變是連續冷卻轉變的基礎。圖 C曲線與等溫冷卻 C曲線的比較，由圖可以看出： ① 連續冷卻 C曲線位于等溫 C曲線的右下方。因為連續冷卻的轉變溫度均比等溫轉變的溫度低一些，所以連續冷卻到這個溫度進行轉變時，需要較長的孕育期。 kVkV? 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 圖 共析鋼連續冷卻 C曲線與等溫冷卻 C曲線的比較 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 過冷奧氏體轉變曲線的應用 過冷奧氏體冷卻轉變曲線是制定熱處理工藝的重要依據，也有助于了解熱處理冷卻過程中鋼材組織和性能的變化。 1. 等溫冷卻 C曲線的應用 ① 對于制定等溫退火、等溫淬火、分級淬火以及變形熱處理工藝具有指導作用。 ② 可估計鋼的臨界淬火冷卻速度 (Vk)，合理選擇冷卻介質。其中 式中 A1—— 鋼的臨界溫度； tm—— 等溫 C曲線的鼻尖溫度； —— 等溫 C曲線鼻尖孕育期時間。 ③ 可以利用等溫冷卻 C曲線定性地近似地分析鋼在連續冷卻時組織轉變的情況。例如欲確定這種鋼經某種冷速冷卻后所得的組織和性能，一般是將這種冷速畫到該材料的 C曲線上，按其交點位置估計其所得組織和性能。 1mkm1 .5AtV???m? 第 5章 鋼的熱處理原理 鋼在冷卻時的轉變 2. 連續冷卻曲線的應用 (1) 可以定性和定量地顯示鋼在不同冷卻速度下所獲得的組織和硬度，這對于制定和選擇零件熱處理工藝有實際的指導意義。 (2) 可以比較準確的定出鋼的臨界淬火冷卻速度 (Vk)，正確選擇冷卻介質。 (3) 利用連續冷卻 C曲線可以大致估計零件熱處理后表面和內部的組織及性能。 第 5章 鋼的熱處理原理 小 結 鋼的熱處理原理包括鋼在加熱時的組織轉變和鋼在冷卻時的組織轉變。 鋼在加熱時奧氏體化的過程受加熱速度、加熱溫度、合金元素及原始組織狀態的影響。 過冷奧氏體的轉變產物包括珠光體、貝氏體和馬氏體。過冷奧氏體等溫轉變 (TTT)曲線和連續轉變 (CCT)曲線對制定熱處理工藝，控制組織有重要意義。 第 5章 鋼的熱處理原理 1. 什么是鋼的熱處理原理？熱處理目的何在？ 2. 試述鋼在加熱和冷卻時實際轉變點的物理意義。 3. 共析鋼的奧氏體化過程包括哪三個階段？影響奧氏體化的因素有哪些？ 4. 奧氏體晶粒大小對鋼熱處理后的力學性能有何影響？ 5. 畫出共析鋼的等溫轉變 C曲線，并說明曲線中各個區域和各條線的物理含義。最后試回答，以各種速度連續冷卻后，能否得到貝氏體組織，為什么？ 6. 列表比較珠光體、索氏體、屈氏體、上貝氏體、下貝氏體和馬氏體的形成條件、相組成物、顯微組織形態、硬度、塑性及韌性。 本 章 習 題