材料的结构组织与性能介绍.ppt

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1、材料学院材料的结构组织与性能（四）钢的非平衡组织Fe－C相图是在缓慢冷却条件下指导分析相变的图形，其获得的组织称为平衡组织，它不能用于分析在不同的冷却速度下的组织变化。实际上，同样成分的钢加热到奥氏体温度后再以不同冷却速度冷却，其性能相差很大。下面以共析钢为例：奥氏体化后的钢炉冷～HRC10空冷～HRC20风冷～HRC30水冷～HRC60冷却方式σb(Kg/MM2)σs(Kg/MM2)δ(%)φ(%)HRC炉冷53.228.132.549.310~15空冷67~7234.015~1845~5018~24淬油9062.018~204840~50淬水1

2、10727~812~1452~6045钢在不同介质中冷却后的机械性能钢在加热时的相变将金属材料通过加热、保温、冷却以获得不同非平衡组织的工艺叫“热处理”。热处理通常是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。加热是热处理的第一道工序。对于钢来说，大多数热处理过程首先必须将其加热到奥氏体状态，然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。通常把钢加热到奥氏体温度，使之转变成奥氏体的过程称为钢的“奥氏体化”。奥氏体化是通过“热处理”使钢的组织发生变化的基础。加热时形成奥氏体的化学成分、均匀化程度及晶粒大小直接影响钢在冷却后的组织和性能。因此，研究钢在加热时的组

3、织相变规律，控制和改进加热规范以改变钢在高温下的组织状态，对于充分挖掘钢材性能潜力、保证热处理产品质量有重要意义。碳鋼的臨界點在Fe-Fe3C狀態圖上的位置奥氏体化的温度Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度Ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度Ac3：加热时游离铁素体全部转变为奥氏体的终了温度Ar3：冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度Arcm：冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度图中各符号含义如下:奥氏体化的过程共析钢在室温的平衡组织为单一珠光体，但加热至Ac1以上温度时，珠光体转变为奥

4、氏体。这种相变可用下式表示：奥氏体的形成过程就是铁晶格的改组和铁、碳原子的扩散过程。共析钢中奥氏体的形成由下列四个基本过程组成，即：奥氏体形核，奥氏体晶核长大，剩余渗碳体的溶解，奥氏体成分的均匀化，共析鋼奥氏体的形成過程示意圖钢在冷却时的相变钢从奥氏体状态冷却的过程是热处理的关键工序，因为钢的性能最终取决于奥氏体冷却转变后的组织。因此，研究不同冷却条件下钢中奥氏体组织的相变规律，对于正确制定钢的热处理冷却工艺、获得预期的性能具有重要的实际意义。在实际热处理过程中，常用的冷却方式有两种：一是连续冷却，即将钢件以一定的冷却速率从高温一直连续冷却至室温。

5、在连续冷却过程中完成的组织相变，称为连续冷却相变；二是恒温冷却，即将钢件迅速冷到临界点以下某一温度，恒温保持一定时间后再冷至室温。在保温过程中完成的组织相变，称为恒温相变。温度时间连续冷却恒温冷却过冷奥氏体的恒温转变曲线奥氏体在临界点以上为稳定相，临界点以下为不稳定相。常把临界点以下存在且不稳定的奥氏体称为“过冷奥氏体”。描述过冷奥氏体恒温冷却时的温度-时间-相变曲线称为恒温冷却转变曲线（time-temperature-transformationcurve），简称TTT曲线。因其形状像英文字母“C”，故又称C曲线，共析鋼C曲綫測定原理示意圖共析

6、钢的C曲线共析钢的C曲线及非平衡组织珠光体（P）索氏体（S）屈氏体（T）上贝氏体（BS）下贝氏体（Bu）马氏体（M）奥氏体恒温相变过程及相变产物(1)  高温转变区－－过冷奥氏体向珠光体类组织的转变珠光体相变化就是前面介绍过的共析反应，它也是一个形核和长大的过程，如图所示。当奥氏体过冷到A1~560℃之间的某一温度保温时，首先在奥氏体晶界处形成片状渗碳体核心（近年研究表明，也可以形成铁素体核心），渗碳体的长大使周围奥氏体贫碳，为铁素体的形核创造了条件，α结晶核便在Fe3C两侧形成，这样就形成了一个珠光体结晶核。α的长大使周围奥氏体中含碳量升高，这又

7、为产生新的Fe3C片创造了条件。随着Fe3C的长大，又产生新的α片，如此反复进行，便形成了α与Fe3C片层相间的珠光体群落（pealitecolony）。与此同时又有新的珠光体结晶核形成并长大，直到各个珠光体群落彼此相接触、奥氏体完全消失，相变便告结束。珠光体形成示意圖恒温温度越低，转变速度越快，珠光体片层越细。按片层间距，珠光体类组织习惯上分为珠光体（P）、索氏体（sobite）（S）、和屈氏体（troostite）（T）。它们并无本质区别，也没有严格界限，只是形态上不同。珠光体较粗，索氏体较细，屈氏体最细。显然，珠光体片层越细，其强度、硬度越高

8、，同时延展性、韧性也有所增加。珠光体类P：d>0.3μmS：0.1