第三单元金属热处理原理（预计学时数：7课时）【学习目的和要求】1.知识掌握：本部分主要介绍热处理的作用、非平衡条件下钢在加热和冷却过程中的转变、淬火钢的回火转变等内容。其中，重点介绍碳素钢（亚共析钢、共析钢和过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素：等温转变C曲线和连续冷却转变C曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理；回火时马氏体中碳的偏聚、分解与碳化物析出转变过程、残余奥氏体的转变、铁素体的回复与再结晶，回火组织与性能，回火脆性及其产生的原因。2.能力培养：通过本部分学习，使学生了解一些金属热处理工艺，掌握碳素钢非平衡转变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素，掌握淬火钢回火转变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素。3.教学方法：与第二单元先后呼应，讲授中注重知识的前后一贯性，增加同学的实际练习机会，在课堂上添加教学互动环节。【重点】奥氏体化过程及影响因素、C曲线、碳素钢非平衡加热和冷却过程中的相变、不同热处理方法所得到的组织与性能及其影响因素。【难点】奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变C曲线和连续冷却转变C曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结构与性能及其形成机理。Fer第一节奥氏体化过程1.1奥氏体的组织、结构及性能碳在y-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。奥氏体的组织通常是由等轴的多边形晶粒组成。在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小，线膨胀系数最大（工业上用来制作仪表元件），导热性差（奥氏体钢加热时a)A形模不宜采用较大的加热速度，以免因热应力过大引起工件变形）、塑性高，FFey屈服强度很低，易于变形和加工成型。1.2奥氏体形成的热力学条件自高自由能状态一低自由能状态由T=T。时，Fa=Fb，奥氏体与珠光体-不发生转变A长大FT=T1时，Fa<Fb,珠光体向奥氏体转变ToTi1.3奥氏体的形成过程（以共析钢为例，请同学们课下研究亚共析钢和过共析钢奥氏体转变过程）（1）奥氏体的形核：奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形成。这是因为在两相的相界上为形核提供了良好的条件。淘A长大（2）奥氏体晶核长大：由于A与Fe3C形界处的含C量不同。将引起A中C的扩散。通过Fe、C原子的扩散和Fe原子的晶格改组方式长大。（3）残余渗碳体的溶解：铁素体比渗碳体先消失，残存未溶渗碳体。将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。（思考为什么？）（4）奥氏体成分均匀化：渗碳体地方碳浓度高，原先铁素体的地方碳浓度低dAg化16
16 第三单元 金属热处理原理 （预计学时数：7 课时） 【学习目的和要求】 1.知识掌握：本部分主要介绍热处理的作用、非平衡条件下钢在加热和冷却过程 中的转变、淬火钢的回火转变等内容。其中，重点介绍碳素钢（亚共析钢、共析钢和 过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变 C 曲线和连续冷却转变 C 曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素， 组织结构与性能及其形成机理；回火时马氏体中碳的偏聚、分解与碳化物析出转变过 程、残余奥氏体的转变、铁素体的回复与再结晶，回火组织与性能，回火脆性及其产 生的原因。 2.能力培养：通过本部分学习，使学生了解一些金属热处理工艺，掌握碳素钢非 平衡转变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素，掌握淬火钢回火转 变中的相的变化、组织结构变化和性能变化及其影响因素。 3.教学方法：与第二单元先后呼应，讲授中注重知识的前后一贯性，增加同学的 实际练习机会，在课堂上添加教学互动环节。 【重点】 奥氏体化过程及影响因素、C 曲线、碳素钢非平衡加热和冷却过程中的相变、不 同热处理方法所得到的组织与性能及其影响因素。 【难点】 奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；等温转变 C 曲线和 连续冷却转变 C 曲线，珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变及其影响因素，组织结 构与性能及其形成机理。 第一节 奥氏体化过程 1.1 奥氏体的组织、结构及性能 碳在 γ‐Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。奥氏体的组织通常 是由等轴的多边形晶粒组成。在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小，线 膨胀系数最大（工业上用来制作仪表元件），导热性差（奥氏体钢加热时 不宜采用较大的加热速度，以免因热应力过大引起工件变形）、塑性高， 屈服强度很低，易于变形和加工成型。 1.2 奥氏体形成的热力学条件 高自由能状态—低自由能状态 T=T0时，Fa=Fb，奥氏体与珠光体 不发生转变 T=T1时，Fa<Fb,珠光体向奥氏体转变 1.3 奥氏体的形成过程（以共析钢为例，请同学们课下研究亚共析钢和 过共析钢奥氏体转变过程） （1）奥氏体的形核：奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形成。这是因 为在两相的相界上为形核提供了良好的条件。 （2）奥氏体晶核长大： 由于 A 与 Fe 3 C 形界处的含 C 量不同。将引起 A 中 C 的扩散。通过 Fe、C 原子的扩散和 Fe 原子的晶格改组方式长大。 （3）残余渗碳体的溶解：铁素体比渗碳体先消失，残存未溶渗碳体。将随 着时间的延长,继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。（思考为什么？） （4）奥氏体成分均匀化：渗碳体地方碳浓度高,原先铁素体的地方碳浓度低。 FA FP A1 T0 T1 自 由 能
1.4奥氏体形成速率的影响因素（1）加热温度的影响提高加热温度，将加速A的形成。（2）加热速率的影响随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高(AC1越高),形成所需的时间缩短（3）化学成分的影响随着钢中含碳量增加，铁素体核渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。（4）原始组织的影响由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的”基地”越多，奥氏体转变就越快。起始晶粒度1.5奥氏体晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒度实际晶粒度单位面积内所含晶粒的个数/直接测量晶粒平均粒径影响奥氏体晶粒长大的因素本质晶粒度（1）加热温度和保温时间（2）加热速度（3）化学成分（4）原始组织碳素钢（亚共析钢、共析钢和过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素，奥氏体的晶粒度及其影响因素；1级244极25极7级6极8级标准晶粒度等级示意图：100X17
17 1.4 奥氏体形成速率的影响因素 （1）加热温度的影响 提高加热温度，将加速 A 的形成。 （2）加热速率的影响 随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高(A C1 越高),形成所需的 时间缩短 （3）化学成分的影响 随着钢中含碳量增加,铁素体核渗碳体相界面总量增多,有利于奥氏 体的形成。 （4）原始组织的影响 由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成,所以原始 组织越细,相界面越多,形成奥氏体晶核的＂基地＂越多,奥氏体转变就 越快。 1.5 奥氏体晶粒度及其影响因素 奥氏体的晶粒度 单位面积内所含晶粒的个数/直接测量晶粒平均粒径 影响奥氏体晶粒长大的因素 （1）加热温度和保温时间 （2）加热速度 （3）化学成分 （4）原始组织 碳素钢（亚共析钢、共析钢和过共析钢）奥氏体化的过程及影响因素， 奥氏体的晶粒度及其影响因素； 起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度