第九章-钢的热处理原理-第3节-钢在冷却时的转变-第3讲课件.ppt

1、6贝氏体（）转变贝氏体（）转变贝氏体转变是一种半扩散型的中温转变，贝氏体转变是一种半扩散型的中温转变，转变温度位于珠光体转变温度之下，马氏转变温度位于珠光体转变温度之下，马氏体转变温度之上。体转变温度之上。贝氏体：是过冷奥氏体的中温转变产物，贝氏体：是过冷奥氏体的中温转变产物，是过饱和的铁素体和碳化物的是过饱和的铁素体和碳化物的机械机械混合物。混合物。贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变有贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变有相似之处相似之处，又，又有不同之处。有不同之处。有扩散兼有切有扩散兼有切变。变。奥氏体向铁素体的晶格改组是通过切奥氏体向铁素体的晶格改组是通过切变方式进行的，通过碳原子在铁素

2、体中的变方式进行的，通过碳原子在铁素体中的扩散沉淀出碳化物。扩散沉淀出碳化物。1ppt课件6.1贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态6.1.1上贝氏体（上贝氏体（上上）形成温度：形成温度：600350光学显微镜下：光学显微镜下：羽毛状羽毛状；电子显微镜下：电子显微镜下：不连续的、短杆状的渗不连续的、短杆状的渗碳体分布在板条状铁素体基体上。碳体分布在板条状铁素体基体上。亚结构：位错（位错密度比马氏体低亚结构：位错（位错密度比马氏体低23个数量级）。个数量级）。2ppt课件20m3ppt课件上贝氏体与珠光体及板条马氏体的区别：上贝氏体与珠光体及板条马氏体的区别：u与片状珠光体不同，上贝氏体中的铁素体与

3、片状珠光体不同，上贝氏体中的铁素体含过饱和的碳，其中有位错缠结存在；上含过饱和的碳，其中有位错缠结存在；上贝氏体铁素体条较宽，其宽度随形成温度贝氏体铁素体条较宽，其宽度随形成温度的下降而变细。的下降而变细。Fe3C是断续的，短杆状的，是断续的，短杆状的，分布在铁素体之间，主轴平行于铁素体条分布在铁素体之间，主轴平行于铁素体条长轴。长轴。u上贝氏体中的铁素体的形态与亚结构和板上贝氏体中的铁素体的形态与亚结构和板条马氏体相似，但位错密度比马氏体低条马氏体相似，但位错密度比马氏体低2-3个数量级，约个数量级，约108-109cm-2。4ppt课件6.1.2下贝氏体（下贝氏体（下下）形成温度：形成温度

4、：350Ms光学显微镜下：光学显微镜下：黑色黑色针状或针叶状；针状或针叶状；电子显微镜下：电子显微镜下：在针状的铁素体内分布在针状的铁素体内分布着微细的六方点阵的着微细的六方点阵的-碳化物，碳化物碳化物，碳化物平行排列并与铁素体长轴成平行排列并与铁素体长轴成5565角。角。亚结构：高密度位错，无挛晶存在。亚结构：高密度位错，无挛晶存在。（位错密度比（位错密度比B上上中的高）。中的高）。5ppt课件6ppt课件 6.1.3粒状贝氏体（粒状贝氏体（粒粒）一般在低碳钢，低、中碳合金钢中产生；一般在低碳钢，低、中碳合金钢中产生；形成温度：在上贝氏体形成温度以上和奥形成温度：在上贝氏体形成温度以上和奥氏

5、体转变为贝氏体最高温度（氏体转变为贝氏体最高温度（Bs点）以下点）以下的范围内。的范围内。金相组织形态：在大块状或针状铁素体内金相组织形态：在大块状或针状铁素体内分布着一些颗粒状小岛。这些小岛高温下分布着一些颗粒状小岛。这些小岛高温下原是富碳奥氏体区，冷却过程中由于冷却原是富碳奥氏体区，冷却过程中由于冷却条件和奥氏体的稳定性不同，可形成珠光条件和奥氏体的稳定性不同，可形成珠光体、马氏体，也可以体、马氏体，也可以A/的形式保留下来。的形式保留下来。如图所示如图所示。容易在连续冷却中获得，如轧后空冷。容易在连续冷却中获得，如轧后空冷。7ppt课件8ppt课件6.2贝氏体的性能：贝氏体的性能：取决于

6、其组织状态；而组织形态与其形成取决于其组织状态；而组织形态与其形成温度有关，随形成温度降低，贝氏体中的铁素温度有关，随形成温度降低，贝氏体中的铁素体变细，含碳量增加；渗碳体的尺寸变小，数体变细，含碳量增加；渗碳体的尺寸变小，数量增加，形态由断续的杆状或层状变向细片状量增加，形态由断续的杆状或层状变向细片状变化。因此，贝氏体的强度，硬度提高。变化。因此，贝氏体的强度，硬度提高。6.2.1上贝氏体：上贝氏体：硬度低，韧性差，性能不好。硬度低，韧性差，性能不好。原因：原因：形成温度较高，形成温度较高，F晶粒和碳化物颗粒较粗晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈短杆状平行分布在大，碳化物呈短杆状平行分布在F

7、板条之间，板条之间，F和碳化物分布有明显的方向性，使得和碳化物分布有明显的方向性，使得F条间易产条间易产生脆裂，生脆裂，F条本身也可能成为裂纹扩展的路径。条本身也可能成为裂纹扩展的路径。上贝氏体的机械性能不好，应避免上贝氏体的机械性能不好，应避免上上组织的形组织的形成。成。9ppt课件6.2.2下贝氏体：下贝氏体：强度高，韧性好，具有良好的综合机械性能。强度高，韧性好，具有良好的综合机械性能。原因：原因：铁素体针细小而均匀分布，所以塑性、铁素体针细小而均匀分布，所以塑性、韧性韧性 好；在铁素体内又沉淀析出细小、多量而好；在铁素体内又沉淀析出细小、多量而弥散分布的弥散分布的碳化物，故具有高密度的

8、位错，碳化物，故具有高密度的位错，所以强度高。所以强度高。生产中常采用等温淬火的方法获得下贝氏体组生产中常采用等温淬火的方法获得下贝氏体组织。织。6.2.3粒状贝氏体：粒状贝氏体：粒状贝氏体内的小岛起到复相强化的作用，其粒状贝氏体内的小岛起到复相强化的作用，其强度随小岛所占面积的增多而提高。强度随小岛所占面积的增多而提高。如图如图9 95656所示。所示。10ppt课件6.3贝氏体转变特点贝氏体转变特点6.3.1贝氏体转变是一个形核与核长大的过程贝氏体转变是一个形核与核长大的过程需要一个孕育期，上贝氏体的领先相是铁素体，需要一个孕育期，上贝氏体的领先相是铁素体，铁素体晶核首先在奥氏体晶界贫碳区

9、上形成，下铁素体晶核首先在奥氏体晶界贫碳区上形成，下贝氏体的领先相也是铁素体，但由于过冷度大，贝氏体的领先相也是铁素体，但由于过冷度大，铁素体晶核可在奥氏体晶粒内部形成。铁素体晶核可在奥氏体晶粒内部形成。贝氏体长大速度受碳的扩散所控制。通常，贝氏体长大速度受碳的扩散所控制。通常，B上上的的长大速度取决于碳在长大速度取决于碳在A中的扩散，而中的扩散，而B下下的长大速的长大速度取决于碳在度取决于碳在F中的扩散。中的扩散。贝氏体转变速度远比马贝氏体转变速度远比马氏体低。氏体低。6.3.2贝氏体转变是一个半扩散型相变贝氏体转变是一个半扩散型相变贝氏体转变中，铁和合金元素的原子不发生扩散，贝氏体转变中，

10、铁和合金元素的原子不发生扩散，只有碳原子发生扩散。只有碳原子发生扩散。11ppt课件6.3.3贝氏体中铁素体的形成是按马氏体的转贝氏体中铁素体的形成是按马氏体的转 变机制来完成的变机制来完成的实验证明，贝氏体相变时也出现表面浮凸，说明实验证明，贝氏体相变时也出现表面浮凸，说明贝氏体转变时贝氏体转变时F是通过切变机构转变而成的。也出是通过切变机构转变而成的。也出现惯习面，上贝氏体的惯习面是现惯习面，上贝氏体的惯习面是111，下贝，下贝氏体的惯习面是氏体的惯习面是225。贝氏体中铁素体与母相奥氏体也保持严格的结晶贝氏体中铁素体与母相奥氏体也保持严格的结晶学位向关系。学位向关系。u350-450形成

11、的上贝氏体中形成的上贝氏体中F与与A存在西山关系：存在西山关系：110111 110 211u250形成的下贝氏体中形成的下贝氏体中F与与A存在关系存在关系：110111 11111012ppt课件13ppt课件6.3.4贝氏贝氏体中碳化物分布与形成温度有关体中碳化物分布与形成温度有关对于低碳钢，转变温度较高，得到由板条对于低碳钢，转变温度较高，得到由板条铁素体组成的铁素体组成的无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体：少量的间：少量的间距较大的铁素体板条距较大的铁素体板条P（M或或A/）组成，）组成，如图如图a）所示。所示。转变温度较低，处于上贝氏体转变区，得转变温度较低，处于上贝氏体转变区，得到羽毛状

12、的上贝氏体，到羽毛状的上贝氏体，如图如图b）所示；所示；转变温度更低，处于下贝氏体转变区，得转变温度更低，处于下贝氏体转变区，得到针状的下贝氏体，到针状的下贝氏体，如图如图c）所示；所示；14ppt课件15ppt课件6.4魏氏组织的形成魏氏组织的形成定义：从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或定义：从奥氏体晶界生长出来的近于平行的或其它规则排列的针状铁素体或渗碳体加珠光体其它规则排列的针状铁素体或渗碳体加珠光体组织。组织。16ppt课件产生条件：产生条件：Wc小于小于0.6%的亚共析钢、和的亚共析钢、和Wc大于大于1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的空冷，焊缝或热

13、影响区空冷，或加热温的空冷，焊缝或热影响区空冷，或加热温度过高并以较快的冷却速度冷却。度过高并以较快的冷却速度冷却。形成机制：形成机制：魏氏组织中魏氏组织中F按切变机构形成，与贝氏体按切变机构形成，与贝氏体中铁素体形成机理相似。有表面浮凸现象，中铁素体形成机理相似。有表面浮凸现象，沿一定惯习面沿一定惯习面(111)并以一定晶体学并以一定晶体学位向关系（位向关系（K-S关系：关系：（111）/（110），110/111，）切变共格长大。，）切变共格长大。17ppt课件18ppt课件魏氏组织对性能的影响：魏氏组织对性能的影响：u魏氏组织是一种魏氏组织是一种过热缺陷过热缺陷组织。使得机械性能组织。使

14、得机械性能下降，尤其是冲击韧性、塑性降低、脆性转化下降，尤其是冲击韧性、塑性降低、脆性转化温度升高，使钢容易发生脆性断裂。温度升高，使钢容易发生脆性断裂。u魏氏组织降低钢的机械性能和魏氏组织降低钢的机械性能和A晶粒粗化联系在晶粒粗化联系在一起。一起。消除方法：消除方法：对易出现魏氏组织的钢材，应通过控制轧制、对易出现魏氏组织的钢材，应通过控制轧制、降低终锻温度、控制冷却或改变热处理工艺，降低终锻温度、控制冷却或改变热处理工艺，如通过细化晶粒的调质、正火、退火、等温淬如通过细化晶粒的调质、正火、退火、等温淬火等来防止或消除魏氏组织。火等来防止或消除魏氏组织。19ppt课件7过冷奥氏体连续冷却转变

15、曲线（过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲曲线）及其应用线）及其应用研究意义：研究意义：实际的热加工和热处理过程实际的热加工和热处理过程并不是等温冷却过程，而是连续冷却过并不是等温冷却过程，而是连续冷却过程，所以要研究过冷奥氏体的连续冷却程，所以要研究过冷奥氏体的连续冷却转变的过程，要研究转变的过程，要研究CCT曲线。曲线。20ppt课件7.1 CCT曲线的建立曲线的建立 通常用膨胀法、金相法和热分析法通常用膨胀法、金相法和热分析法可测定，一般常用膨胀法来测定，速度可测定，一般常用膨胀法来测定，速度快，数据准确。具体过程是将钢试样奥快，数据准确。具体过程是将钢试样奥氏体化氏体化测定不同冷速下的

16、膨胀曲线测定不同冷速下的膨胀曲线在膨胀曲线上确定临界点（转变开始点在膨胀曲线上确定临界点（转变开始点和转变终了点）和转变终了点）将其连接起来形成了将其连接起来形成了连续冷却转变曲线。连续冷却转变曲线。21ppt课件7.2 CCT曲线的分析曲线的分析7.2.1共析钢共析钢CCT曲线（最简单）曲线（最简单）只有珠光体和马氏体两个转变区，无贝只有珠光体和马氏体两个转变区，无贝氏体和先共析相转变区，曲线简单。氏体和先共析相转变区，曲线简单。u：上临界冷却速度、临界淬火速度上临界冷却速度、临界淬火速度，是指过冷奥氏体连续冷却过程中不发生是指过冷奥氏体连续冷却过程中不发生分解，而全部过冷至分解，而全部过冷

17、至MS点以下发生马氏点以下发生马氏体转变的最小冷速；体转变的最小冷速；它与它与CCT曲线的鼻尖相曲线的鼻尖相切切。u：下临界冷却速度下临界冷却速度，是指过冷奥氏，是指过冷奥氏体连续冷却过程中全部转变为珠光体的体连续冷却过程中全部转变为珠光体的最大冷却速度。最大冷却速度。22ppt课件P转变区：转变区：左边一条线左边一条线 叫过冷叫过冷A转变转变开始线，右开始线，右边一条线叫边一条线叫过冷过冷A转变终转变终了线，下面了线，下面一条线叫过一条线叫过冷冷A转变中止转变中止线。线。M转变区：转变区：Ms和和Vc线以线以下的区域。下的区域。23ppt课件 当当V时，室温组织：全部为。时，室温组织：全部为

18、。当当 V时，室温组织为：残余。时，室温组织为：残余。24ppt课件CCT 25ppt课件26ppt课件27ppt课件亚共析钢连续冷却时会形成贝氏体区。亚共析钢连续冷却时会形成贝氏体区。共析钢在连续冷却时不形成贝氏体，过共析钢在连续冷却时不形成贝氏体，过共析钢也是如此。共析钢也是如此。原因原因：共析钢、过共析钢奥氏体中含碳：共析钢、过共析钢奥氏体中含碳量高，使贝氏体孕育期延长，在连续冷量高，使贝氏体孕育期延长，在连续冷却时贝氏体转变来不及进行便冷却到室却时贝氏体转变来不及进行便冷却到室温。温。28ppt课件7.3CCT曲线和曲线和TTT曲线的比较曲线的比较 连续冷却转变可以看为无数个温差连续冷

19、却转变可以看为无数个温差很小的等温转变过程。转变产物是不同很小的等温转变过程。转变产物是不同温度下等温转变组织的混合。但由于冷温度下等温转变组织的混合。但由于冷却速度的影响，使得某一温度范围内的却速度的影响，使得某一温度范围内的转变不能充分进行。转变不能充分进行。共析钢的共析钢的CCT 曲线在曲线在TTT曲线的右下方，曲线的右下方，合金钢也类似。合金钢也类似。TTT曲线的临界淬火速度曲线的临界淬火速度/=1.529ppt课件30ppt课件7.4连续冷却转变曲线的应用连续冷却转变曲线的应用从CCT曲线上获得钢真实的临界淬火冷速Vc；是制定钢正确的冷却规范的依据；可以估计淬火以后钢件的组织与性能。31ppt课件