(1)用等溫轉變曲線圖近似地分析連續冷卻轉變 在實際熱處理生產中,過冷奧氏體轉變大多在連續冷卻過程中進行。由于連續冷卻轉變圖的測定比較困難,有些廣泛使用的高強板的冷卻轉變曲線至今尚未測出。故常用等溫轉變曲線圖近似地分析連續冷卻轉變的產物和性能。圖4-10所示為應用共析鋼等溫轉變曲線,分析其過冷奧氏體在連續冷卻中所得到的組織。
圖4-10中的v1、v2、v3、v4分別代表不同的冷卻速度,根據它們同C曲線相交的溫度范圍,可定性地確定其連續冷卻轉變的產物和性能。
v1冷卻速度相當于隨爐緩冷,也稱爐冷的冷卻速度。v1與C曲線相交于A1~650℃溫度范圍內,過冷奧氏體將在附近的溫度范圍內進行轉變,故可以判斷其轉變產物為珠光體(P)。
同理,以v2冷卻速度冷卻,轉變產物為索氏體(S),v2相當于空冷的冷卻速度。
v3相當于油冷的冷卻速度。有一部分過冷奧氏體在“鼻尖”附近分解為托氏體,但v3沒有與C曲線轉變的終了線相交,故另一部分奧氏體被過冷到Ms溫度以下,轉變為馬氏體(注意,過冷奧氏體在連續冷卻過程中不發生貝氏體轉變),最終獲得托氏體+馬氏體的組織(T+M)。
v4相當于水冷的冷卻速度。此時冷卻速度很快,在M溫度以上不與C曲線相交,因此,過冷奧氏體來不及分解,就被過冷到Ms溫度以下向馬氏體轉變,最終獲得馬氏體(M)。
v臨與C曲線“鼻尖”相切的冷卻速度,是過冷奧氏體在連續冷卻時全部轉變為馬氏體的最小冷卻速度,稱為臨界冷卻速度。
(2)馬氏體轉變 當奧氏體的冷卻速度大于該鋼的v臨,急冷到Ms以下時,奧氏體便開始轉變為馬氏體。由于轉變溫度低,原子擴散能力小,在馬氏體轉變過程中,只有γ-Fe向α-Fe的晶格轉變,不發生碳原子的擴散。因此,溶解在奧氏體中的碳,轉變后原封不動地保留在鐵的晶格中,形成碳在α-Fe中的過飽和固溶體,稱為馬氏體,用符號“M”表示。
1)馬氏體轉變的特點。馬氏體轉變是在一定溫度范圍內(Ms~Mf)連續冷卻過程中進行的;馬氏體轉變速度極快,產生很大的內應力;轉變時體積發生膨脹(馬氏體的比容比奧氏體的比容大);馬氏體轉變不能完全進行到底,即使過冷到Mf以下溫度,仍有少量奧氏體存在,這部分奧氏體稱為殘留奧氏體。
2)馬氏體的組織和性能。馬氏體的組織形態有針狀和板條狀兩種。圖4-11a所示為針狀馬氏體的顯微組織,也稱為高碳馬氏體。針狀馬氏體的性能特點是硬度高而脆性大。圖4-11b所示為板條狀馬氏體,也稱為低碳馬氏體。板條狀馬氏體的性能特點是具有良好的強度及較好的韌性。
馬氏體的硬度主要取決于馬氏體中的含碳量。馬氏體的含碳量越高,其硬度也越高,如圖4-12所示。但當鋼中w(C)大于0.6%時,由于鋼中殘留奧氏體增多,所以致使淬火鋼的硬度增加緩慢。
由本節討論可知,高強板在等溫冷卻時,等溫轉變的溫度不同,轉變產物和性能也不同。在連續冷卻時,冷卻速度不同,所得到的組織和性能也不同。鋼的等溫轉變曲線反映了過冷奧氏體在等溫冷卻條件下組織轉變的規律。它對分析熱處理時連續冷卻后獲得的組織和性能,正確制定熱處理工藝,以及合理選材都具有重要的指導意義。
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