第二节 钢在热处理加热和冷却时的组织转变
在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。
加热转变、 冷却转变（等温冷却转变、 连续冷却转变）
一、钢在热处理加热与保温时的组织转变
——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。
加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P → A）； 加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F → A）；
加热至Accm以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3CI → A）
1、奥氏体的形成过程
共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。
工程材料及成形工艺基础 共析钢奥氏体化过程 亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化
过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化
2、奥氏体的晶粒大小
奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。
[奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。
工程材料及成形工艺基础 4级 5级 6级 7级 奥氏体的标准晶粒度 ×100倍 [本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。 [本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。
3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素
热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。
钢的化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）均能不同程度地阻止奥氏体晶粒的长大，特别是与碳结合能力较强的碳化物形成元素（如铬、钼、钨、钒等）及氮化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。 原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
加热转变、 冷却转变（等温冷却转变、 连续冷却转变）
二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
奥氏体冷却降至A1以下时（A1以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将发生组织转变。热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。
45钢经840℃加热在不同条件冷却后的力学性能
抗拉强度冷却方法 /MPa 随炉冷却 空气中冷却 油中冷却 水中冷却 530 670～屈服点 断后伸长/MPa 280 率/％ 32.5 断面收缩硬度/HRC 率/％ 15～49.3 18 18～340 720 900 1100 620 720 15～18 45～50 24 40～18～20 7～8 48 50 12～14 52～60 1、等温冷却转变
[等温冷却转变]：钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点(Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。
[等温转变曲线]：可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“TTT图”，T——time，T——temperature，T——transformation”，又称为“C曲线”。
工程材料及成形工艺基础 共析钢的等温转变图建立过程示意图（TTT曲线，C曲线） 等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A1线以下不同温度进行等温转变所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。
[ 高温转变]：转变温度范围为A1～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。
依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高，塑性也有所改善。
[中温转变]：转变温度范围为550℃～MS，此温度下转变获贝氏体型组织，贝氏体型组织是由过饱和的铁素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。
550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状；
350～MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。
工程材料及成形工艺基础 珠光贝氏体转变 体转变 等温转变温度——组织——性能变化规律：等温转变温度越低，其转变组织越细小，强度、硬度也越高，见下表。
转变转变温转变产符号 显微组织特征 硬度HRC 类型 度 ／℃ 物 Ac1～珠光体 高温 转变 650 650～索氏体 600 S 分辨的细片状珠光体 600倍光学金相显微镜下才能25～35 P 粗片状铁素体与渗碳体混合物 <25
第二节 钢在热处理加热和冷却时的组织转变
