鋼的冷卻轉(zhuǎn)變
過冷奧氏體——在共析溫度(A1)以下存在的不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體,以符號(hào)A冷表示。
隨著過冷度的不同,過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變:1)珠光體型轉(zhuǎn)變;2)貝氏體型轉(zhuǎn)變;3)馬氏體型轉(zhuǎn)變。
珠光體型轉(zhuǎn)變(高溫轉(zhuǎn)變)
(一)珠光體組織形態(tài)及性能
☆過冷奧氏體在A1~550℃溫度范圍內(nèi)將轉(zhuǎn)變成珠光體類型組織。該組織為鐵素體與滲碳體層片相間的機(jī)械混合物。這類組織可細(xì)分為:見圖表所示:
(二)珠光體轉(zhuǎn)變過程:如圖所示:
典型的擴(kuò)散相變:1)碳原子和鐵原子遷移;2)晶格重構(gòu)。
二、貝氏體型轉(zhuǎn)變(中溫轉(zhuǎn)變)
(一)貝氏體組織形態(tài)和性能
◆過冷奧氏體在550℃~Ms點(diǎn)溫度范圍內(nèi)將轉(zhuǎn)變成貝氏體類型組織。貝氏體用符號(hào)字母B表示。根據(jù)貝氏體的組織形態(tài)可分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。如圖所示:
貝氏體的力學(xué)性能
1)550~350℃——上貝氏體B上——羽毛狀——40~45HRC——脆性較大——基本上無實(shí)用價(jià)值;
2)350℃~Ms——下貝氏體B下——黑色竹葉狀——45~55HRC——優(yōu)良的綜合力學(xué)性能——常用。
(二)貝氏體轉(zhuǎn)變過程
半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變——只發(fā)生碳原子擴(kuò)散,大質(zhì)量的鐵原子基本不擴(kuò)散。
三、馬氏體型轉(zhuǎn)變(低溫轉(zhuǎn)變)
(一)馬氏體組織形態(tài)和性能
當(dāng)奧氏體以極大的冷卻速度過冷至Ms點(diǎn)以下,(對(duì)于共析鋼為230℃以下)時(shí),將轉(zhuǎn)變成馬氏體類型組織。獲得馬氏體是鋼件強(qiáng)化的重要基礎(chǔ)。
1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)
馬氏體M是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),奧氏體中的C全部保留在馬氏體中。體心正方晶格(a=b≠c);c/a——正方度;
M中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,其正方度越大,晶格畸變?cè)絿?yán)重,M的硬度也就越高。如圖所示:
2、馬氏體的組織形態(tài)
鋼中馬氏體組織形態(tài)主要有兩種類型:1)板條狀馬氏體,也稱位錯(cuò)馬氏體;2)針片狀馬氏體,也稱孿晶馬氏體。(參考圖6—10)
Wc1%——針片狀馬氏體
3、馬氏體的性能
主要特點(diǎn):高硬度高強(qiáng)度——馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳原子引起的晶格畸變,即固溶強(qiáng)化。
板條狀馬氏體塑性韌性較好;高碳片狀馬氏體的塑性韌性都較差。
在保證足夠的強(qiáng)度和硬度的情況下,盡可能獲得較多的板條狀馬氏體。
(二)馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)
1)無擴(kuò)散性——馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變,因而轉(zhuǎn)變過程中沒有成分變化,M的含碳量和原來A的相同。
2)切變共格和表面浮凸現(xiàn)象——由于原子不能進(jìn)行擴(kuò)散,因而晶格轉(zhuǎn)變只能以切變的機(jī)制進(jìn)行。
3)變溫形成——M只有在不斷降低溫度的條件下,轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進(jìn)行。
4)高速長(zhǎng)大——馬氏體生長(zhǎng)速度極快,片間相撞容易在馬氏體片內(nèi)產(chǎn)生顯微裂紋。
5)轉(zhuǎn)變不完全——殘余奧氏體A殘——MS點(diǎn)越高,M越多,A殘?jiān)缴?。Ms和Mf點(diǎn)的溫度與冷卻速度無關(guān),主要取決于含碳量與合金元素的含量。如圖所示:
過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線
由于轉(zhuǎn)變溫度不同,過冷奧氏體將按不同機(jī)理轉(zhuǎn)變成不同的組織(P、B、M)。轉(zhuǎn)變類型主要取決于轉(zhuǎn)變溫度,但轉(zhuǎn)變量和速度又與時(shí)間密切相關(guān)。
過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線——表示溫度、時(shí)間、和轉(zhuǎn)變量三者之間的關(guān)系曲線。
(一)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線
過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線又叫C曲線,也稱為TTT曲線。如圖所示:
冷卻方式:
1)等溫冷卻
2)連續(xù)冷卻
1、等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立
等溫轉(zhuǎn)變曲線可以用金相法、膨脹法、電阻法和熱分析法等多種方法建立。
共析碳鋼C曲線的建立,如圖所示:
2、共析鋼C曲線分析
☆①為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū);②為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū);③為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。
☆孕育期:轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)軸之間的距離。
☆鼻尖:孕育期最短處,過冷奧氏體最不穩(wěn)定。—550℃
共析鋼C曲線,如圖所示:
3、影響C曲線的因素
1)在正常加熱條件下,Wc0.77%時(shí),含碳量增加,C曲線左移。所以,共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定。
2)亞共析鋼——先析出F;過共析鋼——先析出滲碳體。
(2)合金元素的影響(如圖6-20)——除鈷以外,所有的合金元素溶入奧氏體后,都增大過冷奧氏體A的穩(wěn)定性,使C曲線右移。碳化物含量較多時(shí),對(duì)曲線的形狀也有影響。
(3)加熱溫度和保溫時(shí)間的影響——隨著加熱溫度的提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),這使奧氏體的成分更加均勻,晶粒粗大,這些都提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性,使C曲線右移。
(二)過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線
在實(shí)際生產(chǎn)中,過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的,這就需要測(cè)定和利用過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線。
過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又叫CCT曲線。
過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)與過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)的區(qū)別:
1、連續(xù)冷卻曲線靠右一些;
2、連續(xù)冷卻曲線只有C曲線的上半部分,而沒有下半部分。也就是說而沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。
☆臨界冷卻速度——獲得馬氏體的最小冷卻速度。
☆vk是CCT曲線的臨界冷卻速度;
☆vk’是TTT曲線的臨界冷卻速度。
☆vk’≈1.5vk
☆凡是使C曲線右移的因素都會(huì)減小臨界冷卻速度。
過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的實(shí)際應(yīng)用
生產(chǎn)上常用C曲線來分析鋼在連續(xù)冷卻條件下的組織。(如圖)
1)爐冷V1——珠光體P;
2)空冷V2——索氏體S;
3)油冷V3——托氏體T+馬氏體M;
4)水冷V4——馬氏體M+殘余奧氏體A殘。
過冷奧氏體——在共析溫度(A1)以下存在的不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體,以符號(hào)A冷表示。
隨著過冷度的不同,過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變:1)珠光體型轉(zhuǎn)變;2)貝氏體型轉(zhuǎn)變;3)馬氏體型轉(zhuǎn)變。
珠光體型轉(zhuǎn)變(高溫轉(zhuǎn)變)
(一)珠光體組織形態(tài)及性能
☆過冷奧氏體在A1~550℃溫度范圍內(nèi)將轉(zhuǎn)變成珠光體類型組織。該組織為鐵素體與滲碳體層片相間的機(jī)械混合物。這類組織可細(xì)分為:見圖表所示:
(二)珠光體轉(zhuǎn)變過程:如圖所示:
典型的擴(kuò)散相變:1)碳原子和鐵原子遷移;2)晶格重構(gòu)。
二、貝氏體型轉(zhuǎn)變(中溫轉(zhuǎn)變)
(一)貝氏體組織形態(tài)和性能
◆過冷奧氏體在550℃~Ms點(diǎn)溫度范圍內(nèi)將轉(zhuǎn)變成貝氏體類型組織。貝氏體用符號(hào)字母B表示。根據(jù)貝氏體的組織形態(tài)可分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。如圖所示:
貝氏體的力學(xué)性能
1)550~350℃——上貝氏體B上——羽毛狀——40~45HRC——脆性較大——基本上無實(shí)用價(jià)值;
2)350℃~Ms——下貝氏體B下——黑色竹葉狀——45~55HRC——優(yōu)良的綜合力學(xué)性能——常用。
(二)貝氏體轉(zhuǎn)變過程
半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變——只發(fā)生碳原子擴(kuò)散,大質(zhì)量的鐵原子基本不擴(kuò)散。
三、馬氏體型轉(zhuǎn)變(低溫轉(zhuǎn)變)
(一)馬氏體組織形態(tài)和性能
當(dāng)奧氏體以極大的冷卻速度過冷至Ms點(diǎn)以下,(對(duì)于共析鋼為230℃以下)時(shí),將轉(zhuǎn)變成馬氏體類型組織。獲得馬氏體是鋼件強(qiáng)化的重要基礎(chǔ)。
1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)
馬氏體M是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),奧氏體中的C全部保留在馬氏體中。體心正方晶格(a=b≠c);c/a——正方度;
M中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,其正方度越大,晶格畸變?cè)絿?yán)重,M的硬度也就越高。如圖所示:
2、馬氏體的組織形態(tài)
鋼中馬氏體組織形態(tài)主要有兩種類型:1)板條狀馬氏體,也稱位錯(cuò)馬氏體;2)針片狀馬氏體,也稱孿晶馬氏體。(參考圖6—10)
Wc1%——針片狀馬氏體
3、馬氏體的性能
主要特點(diǎn):高硬度高強(qiáng)度——馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳原子引起的晶格畸變,即固溶強(qiáng)化。
板條狀馬氏體塑性韌性較好;高碳片狀馬氏體的塑性韌性都較差。
在保證足夠的強(qiáng)度和硬度的情況下,盡可能獲得較多的板條狀馬氏體。
(二)馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)
1)無擴(kuò)散性——馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變,因而轉(zhuǎn)變過程中沒有成分變化,M的含碳量和原來A的相同。
2)切變共格和表面浮凸現(xiàn)象——由于原子不能進(jìn)行擴(kuò)散,因而晶格轉(zhuǎn)變只能以切變的機(jī)制進(jìn)行。
3)變溫形成——M只有在不斷降低溫度的條件下,轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進(jìn)行。
4)高速長(zhǎng)大——馬氏體生長(zhǎng)速度極快,片間相撞容易在馬氏體片內(nèi)產(chǎn)生顯微裂紋。
5)轉(zhuǎn)變不完全——殘余奧氏體A殘——MS點(diǎn)越高,M越多,A殘?jiān)缴?。Ms和Mf點(diǎn)的溫度與冷卻速度無關(guān),主要取決于含碳量與合金元素的含量。如圖所示:
過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線
由于轉(zhuǎn)變溫度不同,過冷奧氏體將按不同機(jī)理轉(zhuǎn)變成不同的組織(P、B、M)。轉(zhuǎn)變類型主要取決于轉(zhuǎn)變溫度,但轉(zhuǎn)變量和速度又與時(shí)間密切相關(guān)。
過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線——表示溫度、時(shí)間、和轉(zhuǎn)變量三者之間的關(guān)系曲線。
(一)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線
過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線又叫C曲線,也稱為TTT曲線。如圖所示:
冷卻方式:
1)等溫冷卻
2)連續(xù)冷卻
1、等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立
等溫轉(zhuǎn)變曲線可以用金相法、膨脹法、電阻法和熱分析法等多種方法建立。
共析碳鋼C曲線的建立,如圖所示:
2、共析鋼C曲線分析
☆①為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū);②為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū);③為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。
☆孕育期:轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)軸之間的距離。
☆鼻尖:孕育期最短處,過冷奧氏體最不穩(wěn)定。—550℃
共析鋼C曲線,如圖所示:
3、影響C曲線的因素
1)在正常加熱條件下,Wc0.77%時(shí),含碳量增加,C曲線左移。所以,共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定。
2)亞共析鋼——先析出F;過共析鋼——先析出滲碳體。
(2)合金元素的影響(如圖6-20)——除鈷以外,所有的合金元素溶入奧氏體后,都增大過冷奧氏體A的穩(wěn)定性,使C曲線右移。碳化物含量較多時(shí),對(duì)曲線的形狀也有影響。
(3)加熱溫度和保溫時(shí)間的影響——隨著加熱溫度的提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),這使奧氏體的成分更加均勻,晶粒粗大,這些都提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性,使C曲線右移。
(二)過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線
在實(shí)際生產(chǎn)中,過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的,這就需要測(cè)定和利用過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線。
過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又叫CCT曲線。
過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)與過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)的區(qū)別:
1、連續(xù)冷卻曲線靠右一些;
2、連續(xù)冷卻曲線只有C曲線的上半部分,而沒有下半部分。也就是說而沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。
☆臨界冷卻速度——獲得馬氏體的最小冷卻速度。
☆vk是CCT曲線的臨界冷卻速度;
☆vk’是TTT曲線的臨界冷卻速度。
☆vk’≈1.5vk
☆凡是使C曲線右移的因素都會(huì)減小臨界冷卻速度。
過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的實(shí)際應(yīng)用
生產(chǎn)上常用C曲線來分析鋼在連續(xù)冷卻條件下的組織。(如圖)
1)爐冷V1——珠光體P;
2)空冷V2——索氏體S;
3)油冷V3——托氏體T+馬氏體M;
4)水冷V4——馬氏體M+殘余奧氏體A殘。