A1—650℃, 形成的组织层间距较大,在400-500倍的金相显微镜
下即可分辨,称为珠光体P。
650℃—600℃,形成的组织分散度较大,层间距较小,在800-1000
倍的金相显微镜下才能分辨,称为索氏体S。
600℃—550℃,形成的组织,层间距很小,只有在电子显微镜下放
大几千倍才能分辨,称为屈氏体或托氏体。
珠光体、索氏体、屈氏体都是珠光体类组织,本质上没有任何区别,
只是渗碳体、铁素体片的厚度不同而已。
从珠光体到索氏体、屈氏体,随着层间距的减小,强度和硬度依次
升高。
二、贝氏体型转变——中温转变(550℃—Ms) 1、转变过程及特点
过冷奥氏体在550℃—Ms(共析钢的Ms约230℃)温度范围内,转
变为贝氏体类组织。
由于过冷度增大,铁原子的扩散很困难,碳原子的扩散能力也显著
减弱,扩散不充分,形成渗碳体所需的时间增长。过冷奥氏体在这一温度范围内的转变产物仍是铁素体和渗碳体的混合物,但它与珠光体有本质的区别:贝氏体转变由于冷却速度快,渗碳体已不能呈片状析出。碳的扩散速度受到很大限制,部分碳来不及析出,固溶在铁素体中形成过饱和的铁素体。因此,贝氏体型转变产物是过饱和的铁素体与渗碳体的混合物。
转变特点:过冷奥氏体向贝氏体转变是一种半扩散型相变。 2、分类
贝氏体组织形态比较复杂,根据其中铁素体与渗碳体的分布形态的
不同,分为上贝氏体B上和下贝氏体B下。
上贝氏体B上:是过冷奥氏体在550℃--350℃范围内的转变产物,其中
过饱和铁素体形成密集而相互平行的羽毛状扁片,一排一排地由晶界伸向晶内,渗碳体呈短杆状断断续续地分布在铁素体扁片之间。(上贝氏体由于转变温度较高,渗碳体长得较大)
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上贝氏体的组织形态决定了其强度较低,塑性、韧性较差。 下贝氏体B下:是过冷奥氏体在350℃--Ms范围内的转变产物。其中过
饱和的铁素体呈针片状,比较散乱地成角度分布,而极细小的渗碳体质点呈弥散状分布在过饱和铁素体内。在金相显微镜下下贝氏体呈竹叶状特征。(下贝氏体由于转变温度较低,渗碳体来不及长大,而呈质点状)
下贝氏体组织具有较高的强度、硬度,良好的塑性、韧性,即具
有良好的综合机械性能。
生产上常用等温淬火法来获得下贝氏体组织。 三、马氏体型转变——低温转变(Ms—Mz) 1、转变过程
当过冷度很大,奥氏体被快速冷却至Ms时,由于碳原子已无法
扩散,上述珠光体或贝氏体等扩散型相变已不可能进行,奥氏体只能进行非扩散型的晶格转变。碳原子来不及扩散,被完全固溶于铁素体内,形成过饱和的铁素体,这种过饱和的铁素体就是马氏体M。所以马氏体的含碳量与相应的奥氏体含碳量相同。
室温下铁素体的含碳量仅为0.0008%,而马氏体的含碳量与奥氏
体相同,故马氏体的过饱和程度很大,此时过饱和的铁素体的某些棱边被撑长,形成了体心正方晶格。
由于碳原子过饱和造成的晶格畸变严重,故马氏体具有很高的硬
度,而塑性、韧性较低。
马氏体的高硬度决定了它是钢中的重要强化组织,也是淬火钢的
基本组织,凡是要求高硬度、高耐磨性的零件,都需要经过淬火获得马氏体组织。
马氏体的硬度主要与含碳量有关,与其他合金元素关系不大。因为合金元素在马氏体晶格中,不是处于间隙位臵,而是臵换了某些铁原子的位臵,它对马氏体晶格歪扭和畸变的作用远不及碳的作用大。
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HRC
? о о ? ?о о?
C% о— 合金钢 ?— 碳钢 2、分类
马氏体按组织形态分为:a、板条状马氏体:每一马氏体的晶体呈细长的
薄板条晶片平行成束地分布,在金相显微镜下呈板条状。
b、针状马氏体:每一马氏体晶体呈中间厚、两
端薄的透镜式晶片,在金相显微镜下呈针片状或竹叶状。
板条状马氏体主要存在于低碳钢的淬火组织中——低碳马氏体;针状马氏体主要存在于高碳钢的淬火组织中——高碳马氏体。 3、转变特点
a、马氏体转变是非扩散型相变:由于过冷度很大,原子来不及扩散。马
氏体的晶粒度完全取决于原来奥氏体的晶粒度。
b、马氏体转变是变温转变:马氏体转变是从转变开始点Ms到转变终了
点Mz的一个温度范围内进行的,在某一温度下,只能形成一定数量的马氏体,保温时间的延长并不增加马氏体的数量,要使马氏体的数量增加,只能继续降温。Ms、Mz于含碳量有关,而与冷却速度无关。 如图:
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T℃
Ms Mz
C% C、马氏体转变的不完全性:由于马氏体的转变终了温度Mz一般在零下
几十度,所以室温下进行马氏体转变不可能获得完全的马氏体组织,必有一定量的奥氏体组织没有转变——这部分奥氏体组织称为残余奥氏体A’,即马氏体转变不完全。
残余奥氏体的存在会显著降低零件的强度、硬度以及耐磨性,此
外残余奥氏体是一种不稳定组织,会逐渐分解,引起零件尺寸变化,这对精密零件是不允许的。
为了减少残余奥氏体的含量,可将淬火零件继续冷却到零下几十
度——冷处理,使残余奥氏体转变为马氏体。 d、奥氏体转变为马氏体,体积增大
奥氏体比容〈珠光体比容〈马氏体比容 比容:单位重量的体积值
这个特点,使马氏体内部存在较大的内应力,易导致零件淬火变形、
开裂。
附:形状记忆合金的工作原理
热弹性马氏体的可逆转变是形状记忆合金的基础。
如:Ni-Ti合金,母相状态很硬,难以变形;而马氏体状态很软,
可以任意变形。因此,在较高温度下(母相状态)制成天线,然后降低温度,完全发生马氏体转变(很软),可折叠成一小团。当飞船
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飞上太空后,由于太阳光线的加热,温度升高,合金发生马氏体逆转变,天线恢复原状。
第三节 过冷奥氏体转变曲线图
在过冷奥氏体的转变过程中,冷却速度(过冷度)对转变有很大影响。由于冷却速度较高,因此这种相变就不再符合Fe-Fe3C相图所反映的规律。 为了弄清澳实体在冷却过程中组织变化的全过程,找出转变温度、转变时间与奥氏体转变过程及其产物之间的相互关系和转变规律,通常采用两种方法: 一是在不同过冷度下等温测定奥氏体的转变过程,绘出过冷奥氏体等温转变
曲线图
二是在不同冷却速度的连续冷却过程中测定奥氏体的转变过程,绘出过冷奥
氏体连续转变曲线图
一、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT图)
过冷奥氏体等温转变曲线图是分析过冷奥氏体的转变温度、转变时间、转变 产物之间关系的曲线图,即TTT图(Temperature, Time, Transformation),又称C曲线。
1、TTT图的建立(以共析钢为例)
等温转变曲线图是用实验方法建立的。选取一组共析钢试样加热到稍高于 A1温度,使其全部转变成均匀的奥氏体,然后分别快速投入不同温度的等温槽中,保持不同的时间,并观察共析钢奥氏体在不同温度下组织的变化。把转变开始与终了的时间记录下来,然后描绘在以温度为纵坐标,一时间为横坐标的图面上,把开始点与终了点分别连接起来,即可得到共析钢奥氏体等温转变曲线。
2、TTT图分析
在共析钢的TTT曲线中,高于临界点A1的区域为稳定状态的奥氏体区;左边曲线为过冷奥氏体开始转变曲线,右边曲线为过冷奥氏体转变终了线;开始线与纵坐标表之间的区域为过冷奥氏体区。终了线以右区域为转变产物区,两曲线之间为过冷奥氏体转变区(即过冷奥氏体与转变产物共存区)。 从纵坐标到转变开始点的距离(转变开始前的准备时间),叫做“孕育期”,
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