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课程教学模块三：工程材料及其热处理 ——课题 2

课题二　钢在加热和冷却

时组织转变

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教学重点

奥氏体的形成及其晶粒大小的控制措施， C曲线及其应用。

教学难点

钢在加热时和冷却时组织转变。

本课题重点与难点

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A1、 A3、 Acm各相变点是固态下铁碳合金的组织转变线，是在极其缓慢加热和冷却条 件下得到的。在实际生产中，固态相变时都有不同程度的过热度或过冷度（见右图）。为便于区别，将加热时各相变点用 ACl、AC3、 ACcm表示，冷却时各相变点用 Arl、Ar3、 Arcm表示。

3.2.1 钢在加热时的组织转变

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3.2.1 钢在加热时的组织转变 1 、奥氏体的形成

以共析钢为例，当加热到 AC1以上时，发生珠光体向奥氏体的转变（即奥氏体化）过程可分为三个阶段：

1 ）奥氏体晶核的形成和长大 2 ）剩余渗碳体的溶解 3 ）奥氏体均匀化

当加热到 AC1线稍上时钢中的珠光体向奥氏体转变，只有分别加热到 AC3或 ACCm温度以上，保温足够时间，才能获得成分均匀的单相奥氏体。

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3 ）加入一定量合金元素（除锰、磷外）

3.2.1 钢在加热时的组织转变 2 、奥氏体晶粒长大及其控制措施

钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时，奥氏体晶粒是比较细小的。如果继续加热或保温，奥氏体晶粒会变粗大，影响热处理后钢的强度、塑性、韧性较低。因此，加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效果和钢的性能有重要的意义。

控制奥氏体晶粒长大措施： 1 ）合理选择加热温度和保温时间 2 ）采用快速加热和短时间保温

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 钢经加热奥氏体化后，可以采用不同方式冷却，获得所需要的组织和性能。 成分相同的钢，奥氏体化后，采用不同方式冷却，将获得不同的力学性能，见下表。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 实际生产中，必须过冷到 A1温度以下才开始转变。 在相变温度 A1以下还没有发生转变而处于不稳定状态的奥氏体称过冷奥氏体。

过冷奥氏体有等温转变和连续冷却转变两种冷却转变方式（见右图）。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 1 、过冷奥氏体的等温转变

以共析钢为例，介绍等温转变曲线及转变产物。 1 ）过冷奥氏体等温转变曲线（ C 曲线） 左边曲线为过冷奥氏体转变开始线，右边曲线为过冷奥氏体等温转变终了线。 A1线以上是奥氏体稳定区；A1线以下，转变开始线的左边为过冷奥氏体区，转变终了线的右边是转变产物区，转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产物共存区。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变

转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期。在 C 曲线拐弯的“鼻尖处”（约 550℃ ），孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。 水平线 MS为马氏体转变开始线（约 230℃ ），水平线 Mf为马氏体转变终了线（约－ 50℃）。A′：残余奥氏体，即淬火冷却到室温后残留的奥氏体。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 2 ）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 (1) 珠光体型转变（ A1 ～ 550℃）

(2) 贝氏体转变（ 550℃ ～ MS ）

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 3 ）亚共析钢和过共析钢的等温转变

由于亚共析钢和过共析钢的碳含量低于或高于共析成分，当过冷奥氏体在 C 曲线“鼻尖”上部区域等温时，亚共析钢先析出铁素体，然后进行珠光体转变，得到铁素体和珠光体组织；同理，过共析钢先析出渗碳体，然后进行珠光体转变，得到渗碳体和珠光体组织。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 2 、过冷奥氏体的连续冷却转变

以共析钢为例，介绍等温转变曲线及转变产物。 1 ）等温转变曲线在连续冷却转变中的应用 共折钢连续冷却时，根据冷却速度曲线 V1、 V2、 V3、V4与 C 曲线相交的位置，可估计连续冷却转变的产物。 马氏体临界冷却速度Ｖ k ：与冷却曲线相切，称临界冷却速度，是获得全部马氏体转变的最小冷却速度。

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 2 、过冷奥氏体的连续冷却转变

过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织与性能见下表：

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3.2.2 钢在冷却时的组织转变 2 ）马氏体转变（ MS～ Mf） 马氏体的组织形态有板条状和片状两种类型，主要取决于奥氏体中碳含量。 1 、当 Wc＜ 0.20％时，形成板条状低碳马氏体，有较好的强韧性； 2 、当 Wc＞ 1.0％时，形成片状（针状）高碳马氏体，性能硬而脆； 3 、当 Wc在 0.20％～ l.0％时，形成片状和板条状马氏体的混合组织。 强度、硬度随碳含量增加而增大，当碳含量超过 0.6％，强度和硬度增加不明显。马氏体转变不能进行到底。 残余奥氏体的存在，会降低淬火钢的硬度和耐磨性，并且在工件长期使用过程中残余奥氏体会逐步转变为马氏体，使工件变形而引起尺寸的不稳定。 减少残余奥氏体的措施：冷处理。即把淬火后的工件继续冷却到室温以下－ 80～－ 50℃ ，以减少残余奥氏体的含量。