钢铁金属中奥氏体、珠光体、铁素体、贝氏体、莱氏体、马氏体等金属基体的转变温度汇总

科技   2024-12-21 12:43   河南  

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奥氏体转变温度

奥氏体转变温度在加热和冷却过程中有所不同,以下是具体情况:

加热时的转变温度

碳钢:对于亚共析碳钢,铁素体开始转变为奥氏体的温度是Ac1,通常在727℃左右。当温度升高到Ac3时,所有铁素体都转变为奥氏体。对于过共析碳钢,在加热过程中,渗碳体开始溶解于奥氏体的温度是Ac1,而奥氏体中碳含量达到饱和且渗碳体全部溶解的温度是Accm,一般在1148℃左右。

合金钢:合金元素会改变奥氏体转变温度。如镍、锰等元素会降低奥氏体转变温度,使Ac1和Ac3降低;而铬、钼等元素会提高奥氏体转变温度,使Ac1和Ac3升高。

冷却时的转变温度

碳钢:在冷却过程中,奥氏体开始分解的温度是Ar1,对于亚共析碳钢,高温奥氏体化后,铁素体开始析出的温度是Ar3,渗碳体开始析出的温度是Arcm 。

合金钢:合金元素对冷却时的奥氏体转变温度也有影响,与加热时类似,会使Ar1、Ar3等温度发生变化,且合金元素还会影响奥氏体转变的速度和产物。

铸铁的奥氏体转变温度因铸铁类型及化学成分等因素而有所不同,以下是常见铸铁的奥氏体转变温度情况:

白口铸铁

初晶形成温度:高温下铁水开始冷却时,奥氏体初晶形成温度约为1150℃至1200℃。

共晶反应温度:当温度降至约1147℃时,发生共晶反应,生成奥氏体和渗碳体的混合物。

共析反应温度:温度继续下降至约727℃时,奥氏体发生共析反应,转变为珠光体和渗碳体 。

球墨铸铁

珠光体向奥氏体转变温度:一般来说,球墨铸铁中珠光体到奥氏体转变的终点温度在796℃至803℃之间,发生奥氏体转变(Ac1)的温度在789℃至798℃之间 。

奥氏体化温度:通常在850℃至900℃之间,如等温淬火球墨铸铁的奥氏体化温度一般在900℃或者再低一些,含硅量低时,850℃奥氏体化温度是可以接受的。

可锻铸铁

可锻铸铁退火过程中,中间阶段冷却至共析转变温度以上,缓慢冷却通过共析转变温度区域,使奥氏体按稳定系统转变,共析转变温度通常在727℃左右 。

珠光体转变温度

珠光体转变是指奥氏体在临界温度以下比较稳定的冷却条件下发生共析转变,形成珠光体的过程,其转变温度通常在A1至550℃左右之间,以下是具体情况:

高温转变区

在接近A1温度(一般727℃左右)时,碳原子扩散能力较强,奥氏体转变为珠光体的速度相对较慢。所形成的珠光体片层间距较大,通常称为粗珠光体或片状珠光体,这种组织硬度较低,塑性和韧性较好。

中温转变区

随着温度降低到650℃至550℃左右,碳原子扩散速度减慢,奥氏体转变为珠光体的驱动力增大,转变速度加快。形成的珠光体片层间距变小,称为细珠光体或索氏体,其强度和硬度相对粗珠光体有所提高,塑性和韧性稍低。

影响因素

合金元素:合金元素对珠光体转变温度有显著影响。例如,碳含量增加,会降低珠光体转变温度;而一些合金元素如铬、钼、钨等,会提高珠光体转变温度,且往往使珠光体转变曲线向右移动,即增加过冷奥氏体的稳定性。

奥氏体晶粒大小:奥氏体晶粒细小,晶界面积大,有利于珠光体的形核,会使珠光体转变温度升高,转变速度加快。

冷却速度:冷却速度越快,过冷度越大,珠光体转变温度越低。当冷却速度足够快时,奥氏体可能会跳过珠光体转变区,直接转变为贝氏体或马氏体。

铸钢珠光体转变温度通常也在共析温度附近,但会受多种因素影响而有所不同,以下是具体情况:

一般范围

在平衡状态下,铸钢珠光体转变温度大约在727℃左右,这是铁碳合金相图中的共析温度。当铸钢从奥氏体状态缓慢冷却到该温度时,奥氏体将发生共析反应,生成珠光体。

影响因素

化学成分:碳含量增加,珠光体转变温度降低,且会使珠光体片层间距变小。合金元素对珠光体转变温度影响各异,如铬、钼、钨等元素会提高珠光体转变温度,镍、锰、硅等元素在一定程度上会降低珠光体转变温度。

奥氏体化条件:奥氏体化温度越高、保温时间越长,珠光体转变温度越低,转变速度也越慢。这是因为奥氏体晶粒长大,成分更加均匀,增加了原子扩散的距离和难度。

冷却速度:冷却速度越快,珠光体转变温度越低,得到的珠光体组织越细。当冷却速度超过一定限度时,可能会抑制珠光体转变,而发生贝氏体或马氏体转变。

铸铁珠光体转变温度通常在共析温度附近,以下是其具体情况:

普通灰铸铁

对于普通灰铸铁,珠光体转变温度大约在727℃左右,即铁碳合金相图中的共析温度。当铸铁从奥氏体状态缓慢冷却到这个温度时,奥氏体将发生共析反应,转变为珠光体。 

球墨铸铁

球墨铸铁的珠光体转变温度也接近727℃,但会因合金元素的存在而有所波动。例如,含有一定量的锰、铜等合金元素时,会使珠光体转变温度略有降低,可能在700℃至720℃之间。

合金铸铁

合金铸铁中由于加入了较多的合金元素,其珠光体转变温度会发生较大变化。如加入铬、钼等元素,会提高珠光体转变温度,可能使转变温度提高到750℃甚至更高;而加入镍等元素,可能会使珠光体转变温度降低至700℃左右。

影响因素

化学成分:碳含量接近共析成分时,珠光体转变温度接近727℃,碳含量增加或减少都会使转变温度发生变化。硅含量增加,珠光体转变温度降低;锰含量增加,在一定程度上会提高珠光体转变温度。

冷却速度:冷却速度越快,珠光体转变温度越低,且会细化珠光体组织。但如果冷却速度过快,可能会抑制珠光体转变,而发生贝氏体或马氏体转变。

铁素体转变温度

碳钢

加热时:对于亚共析钢,铁素体开始转变为奥氏体的温度是Ac1,一般在727℃左右 ;当温度升高到Ac3时,所有铁素体都转变为奥氏体,Ac3温度通常在727℃至912℃之间 。

冷却时:奥氏体开始分解为铁素体和珠光体的温度是Ar1,亚共析钢高温奥氏体化后,铁素体开始析出的温度是Ar3。

合金钢

合金元素会对铁素体转变温度产生显著影响。例如,镍能降低铁素体转变为奥氏体的起始温度,而铬、钼等元素则会提高转变温度。

纯铁

在912℃以下,纯铁为体心立方结构晶格,称为α铁素体;在1394℃至1538℃之间,纯铁又会转变为体心立方晶格结构的δ铁素体 。

马氏体转变温度

碳钢中的Ms温度

共析碳钢:Ms温度一般在230℃左右。当奥氏体过冷到Ms点以下时,开始发生马氏体转变,转变速度极快,瞬间可形成大量马氏体。

亚共析碳钢:碳含量越低,Ms温度越高,如碳含量为0.2%的碳钢,Ms温度约为350℃;碳含量为0.4%的碳钢,Ms温度约为300℃。

过共析碳钢:碳含量越高,Ms温度越低,例如碳含量为1.0%的碳钢,Ms温度约为200℃;碳含量为1.2%的碳钢,Ms温度约为170℃。

合金钢中的Ms温度

合金元素对Ms温度影响显著。一般来说,除铝、钴能提高Ms温度外,大多数合金元素如碳、锰、铬、镍、钼等均会降低Ms温度。例如,在钢中加入一定量的锰,会使Ms温度明显下降;而加入适量的铝,则可使Ms温度有所升高。

影响Ms温度的其他因素

奥氏体晶粒大小:奥氏体晶粒越粗大,Ms温度越低。这是因为粗大的奥氏体晶粒中,碳原子扩散距离长,不利于马氏体转变的形核与长大。

冷却速度:冷却速度越快,过冷度越大,Ms温度越低。但当冷却速度达到一定程度后,Ms温度基本不再变化。

应力和塑性变形:在奥氏体状态下施加应力或进行塑性变形,会促进马氏体转变,使Ms温度升高。

贝氏体转变温度

贝氏体转变温度通常介于珠光体转变温度和马氏体转变温度之间,以下是具体情况:

温度范围

一般来说,贝氏体转变温度在550℃至230℃左右,根据转变温度的不同,贝氏体可分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体通常在550℃至350℃区间形成,下贝氏体则在350℃至230℃左右形成。

影响因素

化学成分:碳含量增加,贝氏体转变温度降低,转变速度减慢。合金元素对贝氏体转变温度也有显著影响,如铬、钼、钨等元素可提高贝氏体转变温度,镍、锰等元素在一定程度上会降低贝氏体转变温度。

奥氏体化条件:奥氏体化温度越高、保温时间越长,奥氏体晶粒越粗大,贝氏体转变温度越低,转变速度也越慢。

冷却速度:冷却速度对贝氏体转变温度和转变产物有重要影响。冷却速度较慢时,有利于上贝氏体的形成;冷却速度较快时,有利于下贝氏体的形成。

莱氏全转变温度

莱氏体转变温度通常在共晶温度附近,以下是其具体情况:

碳钢中的转变温度

在碳钢中,莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的共晶组织。对于共析碳钢,莱氏体形成的温度即共晶温度为1148℃,用EC表示。当温度高于EC时,液态合金发生共晶反应,生成莱氏体;当温度低于EC时,莱氏体中的奥氏体将根据冷却条件发生不同的转变,如珠光体转变等。

合金钢中的转变温度

合金元素会对莱氏体的转变温度产生影响。例如,加入铬、钼等合金元素会提高莱氏体的转变温度,而加入镍、锰等元素可能会使转变温度略有降低或在一定程度上改变转变的动力学过程。


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