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清华大学《工程材料》32学时讲稿/16 钢的热处理：加热和冷却过程（教材P109－P150） 钢的热处理：冷却时的转变（教材P109－P150） 一、珠光体转变及其组织 1．珠光体组织A1以下至550℃左右的温度范围内，过冷奥氏体转变产物是珠光体，即形成铁素体与渗碳体两相组成的相间排列的层片状的机械混和物组织（见图6-3），所以这种类型的转变又叫珠光体转变。A1以下温度依次降到鼻尖的550℃左右，层片状组织的片间距离依次减小。根据片层的厚薄不同，这类组织又可细分为三种。A1～650℃，片层较厚，一般在500倍的光学显微镜下即可分辨。用符号“P”表示。650℃～600℃，片层较薄，一般在800～1000倍光学显微镜下才可分辨。用符号“S”表示。600℃～550℃，片层极薄，只有在电子显微镜下才能分辨。用符号“T”表示。2．珠光体转变过程6-4所示，当奥氏体过冷到A1以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠其周围奥氏体不断地供应碳原子而长大。同时，由于渗碳体周围奥氏体含碳量不断降低，从而为铁素体形核创造了条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶碳能力低（0.0218%C），所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中，使相邻奥氏体含碳量增高，这又为产生新的渗碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体组织。1．贝氏体组织550℃～Ms（马氏体转变开始温度）的转变称为中温转变，其转变产物为贝氏体型，所以也叫贝氏体转变。贝氏体用符号“B”表示，它仍是由铁素体与渗碳体组成的机械混和物，但其形貌与渗碳体的分布与珠光体型不同，硬度也比珠光体型的高。B上）与下贝氏体（B下）。上贝氏体的形成温度为550℃～350℃，它的硬度比同样成份的下贝氏体低，韧性也比下贝氏体差，所以上贝氏体的机械性能很差，脆性很大，强度很低，基本上没有实用价值。下贝氏体的形成温度为350℃～Ms，它有较高的强度和硬度，还有良好的塑性和韧性，具有较优良的综合机械性能，是生产上常用的组织。获得下贝氏体组织是强化钢材的途径之一。下贝氏体的组织特征见图6-5，贝氏体的性能特征见表6-2。2．贝氏体的转变过程550℃～350℃）时，条状或片状铁素体从奥氏体晶界开始向晶内以同样方向平行生长。随着铁素体的伸长和变宽，其中的碳原子向条间的奥氏体中富集，最后在铁素体条之间析出渗碳体短棒，奥氏体消失，形成上贝氏体。 当温度较低（350℃～Ms）时，碳原子扩散能力低，铁素体在奥氏体的晶界或晶内的某些晶面上长成针状。尽管最初形成的铁素体固溶碳原子较多，但碳原子不能长程迁移，因而不能逾越铁素体片的范围，只能在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形式析出，从而形成下贝氏体。1．马氏体组织及其性能特点Ms以下转变为马氏体，这个转变持续至马氏体形成终了温度Mf。在Mf以下，过冷奥氏体停止转变。除Al、Co元素外，溶解到奥氏体中的元素均使Ms、Mf下降，奥氏体中碳含量对Ms、Mf温度的影响见图6-6。碳含量增多，Ms、Mf点降低。经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为残余奥氏体。在Ms与Mf温度之间过冷奥氏体与马氏体共存。在Ms温度以下，转变温度越低，残余奥氏体量越少。由图可知，随奥氏体中含碳量的增加Ms和Mf均会降低，可见在同样的冷却速度下（或冷却介质中），奥氏体中含碳量越高，马氏体中的残余奥氏体就越多。 马氏体形成的温度已是碳原子难以扩散的温度，它是由过冷奥氏体按无扩散型转变机制的转变产物，马氏体与过冷奥氏体含碳量相等，晶格同于铁素体体心立方。体心立方晶格的铁素体在室温含约0.008%C，对共析钢马氏体的晶格内含约0.77%C，为此导致体心立方晶格畸变为体心正方晶格，见图6-7，因此马氏体是含过饱和碳的固溶体，是单一的相，同高温、中温转变产物有本质区别。6-8a）及板条状（见图6-8b）两种，前一种一般出现在高碳钢中，后一种一般出现在低碳钢中。“针”或“条”的粗细主要取决于奥氏体晶粒的尺寸大小，奥氏体晶粒越大，“针”或“条”越粗。6-9曲线C。实际淬火钢硬度取决于马氏体，残余奥氏体，以及其它不转变物（铁素体或二次渗碳体）的含量。图6-9曲线a示出了亚共析钢在Ac3温度以上及过共析钢在Accm以上奥氏体化加热再淬火后钢硬度同钢含碳量的关系。2．马氏体转变的特点1）无扩散性；（2）有共格位向关系；（3）在不断降温的过程中形成；（4）高速长大；（5）马氏体转变的不完全性。1．过冷奥氏体等温转变曲线（TTT曲线）6-10为共析碳钢过冷奥氏体的等温转变曲线。纵坐标表示转变温度，横坐标表示转变时间。它反映了奥氏体在快速冷却到临界点以下在各不同温度的保温过程中，温度、时间与转变组织、转变量的关系。过冷奥氏体等温转变曲线（TTT曲线）A1～Ms之间及转变开