鋼的冷卻轉變

    鋼的冷卻轉變

    過冷奧氏體——在共析溫度（A1）以下存在的不穩定狀態的奧氏體，以符號A冷表示。

    隨著過冷度的不同，過冷奧氏體將發生三種類型轉變：1）珠光體型轉變；2）貝氏體型轉變；3）馬氏體型轉變。

    珠光體型轉變（高溫轉變）

    （一）珠光體組織形態及性能

    ☆過冷奧氏體在A1~550℃溫度范圍內將轉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械混合物。這類組織可細分為：見圖表所示：

    （二）珠光體轉變過程：如圖所示：

    典型的擴散相變：1）碳原子和鐵原子遷移；2）晶格重構。

    二、貝氏體型轉變（中溫轉變）

    （一）貝氏體組織形態和性能

    ◆過冷奧氏體在550℃~Ms點溫度范圍內將轉變成貝氏體類型組織。貝氏體用符號字母B表示。根據貝氏體的組織形態可分為上貝氏體（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——基本上無實用價值；

    2）350℃~Ms——下貝氏體B下——黑色竹葉狀——45~55HRC——優良的綜合力學性能——常用。

    （二）貝氏體轉變過程

    半擴散型轉變——只發生碳原子擴散，大質量的鐵原子基本不擴散。

    三、馬氏體型轉變（低溫轉變）

    （一）馬氏體組織形態和性能

    當奧氏體以極大的冷卻速度過冷至Ms點以下，(對于共析鋼為230℃以下)時，將轉變成馬氏體類型組織。獲得馬氏體是鋼件強化的重要基礎。

    1、馬氏體的晶體結構

    馬氏體M是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體轉變時，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中碳的質量分數越高，其正方度越大，晶格畸變越嚴重，M的硬度也就越高。如圖所示：

    2、馬氏體的組織形態

    鋼中馬氏體組織形態主要有兩種類型:1）板條狀馬氏體，也稱位錯馬氏體；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：高硬度高強度——馬氏體強化的主要原因是過飽和碳原子引起的晶格畸變，即固溶強化。

    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）馬氏體轉變特點

    1）無擴散性——馬氏體轉變是非擴散性轉變，因而轉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象——由于原子不能進行擴散，因而晶格轉變只能以切變的機制進行。

    3）變溫形成——M只有在不斷降低溫度的條件下，轉變才能繼續進行。

    4）高速長大——馬氏體生長速度極快，片間相撞容易在馬氏體片內產生顯微裂紋。

    5）轉變不完全——殘余奧氏體A殘——MS點越高，M越多，A殘越少。Ms和Mf點的溫度與冷卻速度無關，主要取決于含碳量與合金元素的含量。如圖所示：
    過冷奧氏體轉變曲線

    由于轉變溫度不同，過冷奧氏體將按不同機理轉變成不同的組織（P、B、M）。轉變類型主要取決于轉變溫度，但轉變量和速度又與時間密切相關。

    過冷奧氏體轉變曲線——表示溫度、時間、和轉變量三者之間的關系曲線。

    （一）過冷奧氏體等溫轉變曲線

    過冷奧氏體等溫轉變曲線又叫C曲線，也稱為TTT曲線。如圖所示：
    冷卻方式：

 

    1）等溫冷卻

    2）連續冷卻

    1、等溫轉變曲線的建立

    等溫轉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為珠光體轉變區；②為貝氏體轉變區；③為馬氏體轉變區。

    ☆孕育期：轉變開始線與縱坐標軸之間的距離。

    ☆鼻尖：孕育期最短處，過冷奧氏體最不穩定。—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，含碳量增加，C曲線左移。所以，共析鋼的過冷奧氏體最穩定。

    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的穩定性，使C曲線右移。碳化物含量較多時，對曲線的形狀也有影響。

    （3）加熱溫度和保溫時間的影響——隨著加熱溫度的提高和保溫時間的延長，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定性，使C曲線右移。

    （二）過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線

    在實際生產中，過冷奧氏體大多是在連續冷卻時轉變的，這就需要測定和利用過冷奧氏體連續轉變曲線。

    過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線又叫CCT曲線。

    過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線（CCT曲線）與過冷奧氏體等溫轉變曲線（TTT曲線）的區別：

    1、連續冷卻曲線靠右一些；

    2、連續冷卻曲線只有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減小臨界冷卻速度。

    過冷奧氏體等溫轉變曲線的實際應用

    生產上常用C曲線來分析鋼在連續冷卻條件下的組織。（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。