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第六章__钢的过冷奥氏体转变图

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过冷奥氏体等温冷却转变曲线

过冷奥氏体等温冷却转变曲线

过冷奥氏体等温冷却转变曲线概述●冷却是钢热处理时的最关键工序，冷却工艺不同可造成钢的热处理组织和性能有巨大差异，合理制订热处理工艺需要准确的理论依据。

●奥氏体的等温冷却转变曲线是冷却工艺的理论依据。

●实验研究建立奥氏体的等温冷却转变曲线的方法是本学科典型的研究方法之一。

内容1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析重点难点1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立•3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析目标掌握建立过冷奥氏体等温冷却曲线图的实验方法；掌握过冷奥氏体转变中的相变驱动力及原子扩理解热处理工艺的全过程及关键；能利用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢在热处理过程中的各种组织变化。

初步形成实验研究解决具体问题的思维模式，具备一定的实验设计能力。

知识目标能力目标素质目标学情分析●授课对象为大学二年级第一学期或二年级第二学期的工科专业学生。

●学生对奥氏体在温度变化过程中的转变的认识往往还停留在铁碳相图这一阶段。

同时实验条件的不足使得用实验方法建立过冷奥氏体等温冷却转变曲线只能通过课堂讲授来理解，这对课程学习均产生不利影响。

设计●主要采用讲授法教学，合理引导学生兴趣，提高课堂教学效率，采用线图、表格、金相照片等多种总结手段对比、归纳进行教学。

●精心设计课堂引言，动学生积极性，交代清楚本课堂要讲授和讨论的问题。

●注意讲授法和其他多种教学方法的有机结合。

过冷奥氏体的等温冷却转变曲线热处理的三个步骤：-Step1.加热-Step2.保温-Step3.冷却图1-1 两种不同的热处理工艺-1.连续冷却转变-2.等温冷却转变-Step1.加热到高于A1的某个温度。

-Step2.在高于A1的某个温度长时间保温。

-Step3.以不同的冷却速度和方式冷却，其目的为获得不同的组织，使得钢具有不同的性能。

-Step1+Step2=奥氏体化-Step3 则是热处理的关键步骤1. 引言奥氏体转变为珠光体？Step1+Step2=奥氏体化获得微观组织: 均匀、稳定的奥氏体组织Step3.当温度降低到低于723℃时:1.稳定奥氏体→ 不稳定奥氏体2.然后，不稳定奥氏体→?(unknow)2.1. ?=珠光体可以！这从相图中也可以直接看出2.2. ?=暂时未知图1-2. 简化铁碳合金相图●等温热处理试验◆共析钢等温热处理实验步骤：Step1.加热；Step2.保温；Step3.淬火；Step4.盐浴保温；Step5.淬火；2134562. 过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立◆步骤Step1.加热Step2.保温Step3.淬火Step4.盐浴Step5.淬火Step6.观察微观组织◆目的1+2.奥氏体化，获得均匀稳定的奥氏体组织；3.迅速降温至低于A1线的某个温度；4.在3步所给定的温度下盐浴保温；5.淬火以保留4步所获得的热处理微观组织；6.观察区分第5步所获得5506502s5s10s30s40s过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体珠光体过冷奥氏体过冷奥氏体+托氏体过冷奥氏体+托氏体托氏体在不同温度下保温将获得不同的组织；如图，从上至下依次为：珠光体（P）；索氏体（S）；托氏体（T）；上贝氏体（B上）；下贝氏体（B下）；马氏体（M）；过冷奥氏体等温冷却转变曲线每一种组织在不同的温度下都有转变的开始和终了点，将开始点和终了点依次相连就得到了过冷奥氏体等温冷却转变曲线。

过冷奥氏体转变图

过冷奥氏体转变图


现象：
大型锻件在淬火时，如果在空气中停留时间比较长，或在具 有较长蒸汽膜覆盖期的油中冷却后，钢钢件的表面硬度会低 于心部硬度，即出现逆硬化。
解释：
在钢件表面，由于在空气中预冷（从临界点A1到P点），空 冷冷速（β）低于淬火冷速（α），当继续以淬火冷速（α） 冷却到 TR’ 温度时，孕育期消耗量已超过1，从而发生部分 珠光体相变，使淬火后的表面硬度下降。而在钢件内部，从 A1点到 TR’ 温度，一直以淬火冷速（α）冷却，孕育期消耗 量小于1，未发生珠光体相变，全部淬成马氏体组织，所以 硬度反而比表面高。
6. 在Ms点以上不出现C曲线，但可能有碳化 物析出的C形曲线。 奥氏体钢
§6.3 影响C曲线的因素
（1）碳含量 亚共析钢中，随碳含量的上升, C曲线右移； 过共析钢中，随碳含量的上升，C曲线左移。 因此，共析钢的C曲线离纵轴最远，共析钢的 过冷奥氏体最稳定。
（2）合金元素 除Co、Al以外，合金元素均使C曲线右移，即 增加过冷奥氏体的稳定性，具体影响见图 6-4 。 （3）加热条件 奥氏体化温度越高，保温时间越长，则形成的 奥氏体晶粒越粗大，成分也越均匀，同时也有 利于难溶碳化物的溶解。所有这些都降低奥氏 体分解时的形核率，增加奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
4. 只有贝氏体转变的C曲线 含碳量低（＜0.25%）而含Mn、Cr、Ni、 W、Mo量高的钢。 如：18Cr2Ni4WA、18Cr2Ni4MoA 扩散型的珠光体转变受到极大阻碍，只出 现贝氏体转变的C曲线。
5. 只有珠光体转变的C曲线 中碳高铬钢 3Cr13、3Cr13Si、4Cr13等
3. Vc的工程意义 （1）代表钢接受淬火的能力； （2）决定钢件淬透层深度的主要因素 （3）合理选用钢材和正确制定热处理工艺 的重要依据之一。 4. Vc的影响因素 CCT图左移的因素 增大Vc CCT图右移的因素 减小Vc
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料

第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料

§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。

将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。

该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。

2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。

孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。

孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。

二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。

铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。

珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。

碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。

转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。

上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。

光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。

钢的过冷奥氏体转变图

钢的过冷奥氏体转变图


2、奥氏体晶粒尺寸的影响
A晶粒愈细小，等温转变的孕育期愈短，加速过冷A 向P的转变，对B转变有相同的作用，但不如对P的作用大， 相反A晶粒粗大将C曲线右移。
3、原始组织、加热温度和保温时间的影响 在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均 匀的A，使等温转变曲线右移，Ms降低。 当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时间， 将促进碳化物溶解，也会使C曲线右移。 4，塑性变形的影响 无论高温和低温塑性变形，均加速过冷A的转变。 原因：未经变形的A向P转变时仅在晶界形核，而变 形后，过冷A在等温转变时，可出现晶内形核。
（3）、具有双C字形曲线，两个鼻子在时间和温度轴上 都不相同，P与B部分重叠。
1）P转变曲线右移比较显著，20 Cr、40Cr、35CrMn2、 40CrMn等。 2）B转变曲线右移较为显著，GCr15、9Cr2、CrMn、 CrWMn等。
（4）P与B转变曲线完全分开
1）B转变曲线右移，Cr12、Cr12、VW18Cr4V等。
（一）CCT图的建立
测定CCT图一般说来是比较复杂的，最常用的方法 是综合热分析、金相、硬度和膨胀法等多种方法一同， 测定某种钢的连续冷却转变图。 试 样 为 φ 3×10mm ， 在 试 样 上 焊 上 0.1mm 的 PtPtRh温差热电偶，用一组试样加热A化后，以不同的速 度连续冷却，用快速膨胀仪，测量在冷却过程中试样长 度的变化，找出转变开始和终了的温度和时间，及最终 获得的硬度值。将不同冷却速度下的转变开始和终了点 连接起来，即得到了连续冷却转变曲线。
试样： φ10~15mm，厚1.5~2mm，具有相同的原始组 织（可通过退火或正火获得）。
奥氏体化：所有试样均在相同条件下进行奥氏体化， 要求奥氏体的化学成分均匀一致。
钢的热处理 西北工业大学 第6章 钢的过冷奥氏体转变图

钢的热处理 西北工业大学 第6章 钢的过冷奥氏体转变图


合金元素的综合作用


多元适量→右移显著 或改变C曲线形状 使C曲线向左或向右移 使C曲线P、B线分开
3、A化条件

温度高、时间长→右移 有第二相存在→左移 对B线影响小
4、塑性变形



在A稳定和亚稳定区域→塑性变形→C、 Fe扩散快→ P线左移 高温区的A稳定区→塑性变形→A晶粒破 碎→B线右移 低温区的A亚稳定区→塑性变形→大量位 错→ B线左移
第六章 钢的过冷奥氏体转变图

转变图
关于转变产物与温度、时间三者之间关系、 规律的图形

意义
制订工艺 选择材料 预测性能

§1等温转变动力学曲线
一、测图方法 1、金相法 原理


一组试样A化后冷却到T1温度等温 停留不同时间t1、t2…… 随即淬火固定高温未转变的A组织(即淬成M的地方) 金相观察确定T1温度转变开始和结束对应的时间 把两个时间标在温度-时间坐标图上 取另一组试样，重复上面的实验， 得到T2……温度转 变开始和结束对应的数据点 分别连接转变开始和结束点

作业

P164：2、4、6
§2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
一、测图方法 1、金相法+硬度法





一组试样A化后以V1速度冷却，分别在T1、 T2……不同温度下淬火（固定未转变的组织） 金相观察哪个温度下淬火出现非M，由此确定 转变开始和结束对应的温度 由以上两个温度与V1相交的点确定转变开始和 结束的时间 取另一组试样，重复以上实验，得到V2……其 它冷却速度下的转变开始和结束的数据点 作图连接相同性质的点
2、端淬法 标样→冷却→测量各点的冷却速度→绘冷却曲线 试样→测以上各点不同冷却时间的组织转变情况 （先喷水冷却τ1，然后整体冷却→ 金相观察是 否转变，如转变，把特征点标在对应的冷却曲线 上） 其它试样重复上述试验 绘图 3、膨胀法） A化→测量不同冷却介质下转变开始、结束的 时间→图
金属热处理思考题

金属热处理思考题

《金属热处理》思考题第二章钢在加热时的转变1．说明A1、A3、Acm、Ａc1、，Ac3、Accm、Ａr1、Ａr3、Ａrcm各临界点的意义。

2．奥氏体形成的全过程经历了那几个阶段？简答各阶段的特点。

3．奥氏体的形核部位在哪里优先及条件？4．哪些因素影响（及如何影响）奥氏体的形成速度？其中最主要的因素是什么？5．为什么说钢的加热相变珠光体向奥氏体转变的过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。

6．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？7．什么是奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度？8．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？9．钢件加热时欠热，过热，过烧有何不同？能否返修？10.奥氏体是高温相，在一般钢中冷却下来就已经不存在了，谈论Ａ体晶粒大小，还有什么实际意义？11.钢件加热时过热会造成什么不良后果？12. 什么是珠光体向奥氏体转变过热度？它对钢的组织转变有何影响？第三章珠光体转变与钢的退火和正火１．简述珠光体的形成过程。

２．什么是珠光体？性能如何？如何获得珠光体？３．珠光体有哪几种组织形态？片状珠光体的片间间距决定于什么？它对钢的性能有何影响？４．珠光体的形成条件、组织形态和性能方面有何特点？５．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？６．亚共析钢中铁素体和过共析钢中渗碳体有哪几种组织形态？它们对性能有何影响？７．若共析钢加热到Ａ体状态，然后进行等温转变和连续冷却转变，均获得片状珠光体，但其组织特征有何区别？８．为什么说钢的珠光体转变过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。

９．分析渗碳体球化过程的机制和高碳钢要进行球化退火的原因。

１０．45钢制零件820℃加热后分别进行退火和正火，其显微组织有什么不同？性能有什么不同？１１．何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？１２．正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？第四章马氏体转变１．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？２．马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？３．钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变，马氏体相变有何特点？４．条状Ｍ体和片状Ｍ体在强度，硬度，韧性等方面的性能差异如何？５．0.2%Ｃ，1.0%Ｃ钢淬火后的Ｍ体形态和亚结构有什么异同？６．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？７．Ｍ体的强化机构有哪几个方面？８．Ｍs点位置高低有什么实际意义？它受哪些因素的影响？其中主要的因素是什么？９．淬火钢中Ａ残的存在有什么影响？决定Ａ残量的因素有哪些？在热处理操作上如何控制？１０．试分析如何通过控制热处理工艺因素提高中碳钢件和高碳钢件的强韧性。

奥氏体等温转变

奥氏体等温转变


珠光体转变过程 珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首
先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥 氏体的含碳 量下降，促 进了铁素体 形核，两者 相间形核并 长大，形成一个珠光体团。
珠光体转变是扩散型转变。
珠光体转变
珠光体转变
随着过冷度的不同，片层间距和厚薄也不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体.
➢ 过冷奥氏体的中温（贝 氏体）转变
过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为 贝氏体类型组织，贝氏 体用符号B表示。 根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体 (B上)和下贝氏体(B下).
上贝氏体 下贝氏体
贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形
核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
下贝氏体： 形成温度为350℃-Ms。 在光镜下呈竹叶状。
光镜下
电镜下
在电镜下为细片状碳 化物分布于铁素体针 内，并与铁素体针长 轴方向呈55-60º角。
上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较
好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
上贝氏体转变过程
上贝氏体:
在光镜下呈羽毛 状.
在电镜下为不连
续棒状的渗碳体 光镜下 分布于自奥氏体
⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层极薄(<0.2μm)，电镜
下可辨，用符号T 表示。
过冷奥氏体转变图

过冷奥氏体转变图

等温转变图TTT 图，C 曲线。

连续转变图CCT 图。

过冷奥氏体转变图是对钢材进行热处理（确定冷却速率）的重要依据。

过冷奥氏体两种转变图0时间温度加热保温连续冷却临界温度等温冷却1. 等温转变图：概貌表示奥氏体急速冷却到临界点A1以下，在各不同温度下的保温过程中，其转变量与转变时间的关系曲线图，也称TTT曲线，因为其形状象字母C，所以又称C 曲线。

共析钢的C曲线两条C 型曲线中，左边的一条与M s共析钢的C 曲线1. 等温转变图：过冷奥氏体转变开始线线为过冷奥氏体转变开始线。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）右边的一条C 型曲线与M f 线为过冷奥氏体转变终了线。

1. 等温转变图：过冷奥氏体转变终了线共析钢的C 曲线1. 等温转变图：过冷奥氏体区A1~M s间及转变开始线以左的区域为过冷奥氏体区。

共析钢的C曲线1. 等温转变图：转变产物区共析钢的C曲线转变终了线以右及Mf线以下为转变产物区。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）转变开始线与终了线之间及Ms线与M线之间为转变区。

f共析钢的C曲线鼻尖转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期，孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小。

孕育期最短处称为C曲线的“鼻尖”。

对于碳钢，“鼻尖”处的温度为550℃。

共析钢的C曲线过冷奥氏体的稳定性（C 曲线左右位置）取决于相变驱动力和扩散这两个因素。

在“鼻尖”以上，过冷度越小，相变驱动力也越小；在“鼻尖”以下，温度越低，虽然相变驱动力增加，但原子扩散越困难，后者是相变的控制因素，因而使得孕育期延长，奥氏体稳定性增加。

1. 等温转变图：存在鼻尖的原因共析钢的C 曲线鼻尖此处的孕育期主要受相变驱动力控制此处的孕育期主要受原子扩散控制（1）含碳量的影响共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。

由共析钢成分开始，含碳量增加或减少都使C曲线左移。

而Ms 与Mf点则随含碳量增加而下降。

1. 等温转变图：影响C曲线因素亚共析钢、共析钢、过共析钢的C 曲线比较注意在下图中，与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部还各多一条先共析相的析出线。

钢的过冷奥氏体转变图 (2)优秀课件

钢的过冷奥氏体转变图 (2)优秀课件

分数所需时间。 缺点—无法测出过共析钢的先共析产物的析出线、 亚共析钢
珠光体转变的开始线。Why？ 渗碳体没有磁性
6
其它方法
4.热分析法：利用钢相变时的热效应。 优点—适用于潜热大、转变速率快的过程，如熔化、凝固、
M相变 缺点—不适用潜热小、转变速率慢的过程，如大部分扩散
型固态相变 5.电阻法:利用相变时源自阻值的变化 优点—测量时间短，需要试样少； 缺点：精度不高
➢ 在实际热处理中，不仅仅是在等温过程中有相转变的发生， 在冷却过程中同样存在着相变过程并且对材料的性能有着 重大的影响。因此，很多热处理工艺都是在连续冷却条件 下进行的，如淬火、正火、退火等。
➢ 连 续 冷 却 转 变 图 通常 称 为 CCT图 （ Continuous Cooling Transformation)
3
金相法
步骤： ① 制备试样：φ10-15mm，厚1.5-2mm，具有相同的原始组
织（可通过退火或正火获得）。 ② 奥氏体化：所有试样均在相同条件下进行奥氏体化，要求
奥氏体的化学成分均匀一致。 ③ 等温转变：将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温浴
炉中保温一系列时间。 ④ 淬火：将保温后的试样迅速取出淬入盐水中。 ⑤ 绘图：测出给定温度、时间下的转变产物类型、转变产物
1）钴的影响：溶入A中，使C曲线左移。
2）Ni的影响：C曲线右移 3）Mn的影响：C曲线右移
Mn的作用大于Ni
4）Cr的作用：①C曲线右移，对B的推迟作用大于对P的推迟作用；
②C曲线分离，3% Cr，完全分离。
5）Mo和W的影响：推迟P转变，对B转变影响不大。
6）B的影响：微量，过冷奥氏体的稳定性
18
15
四 影响奥氏体等温转变图的因素
热处理第6章 钢的过冷奥氏体转变图-40

热处理第6章 钢的过冷奥氏体转变图-40

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将A1(或A3)至Ms点的温度范围划分成一定数量的等温 温度间隔，每一等温温度使用一个试样。测定时，将
试样加热奥氏体化，随后迅速转入预先控制好的等温
炉中，作等温停留，由膨胀仪自动记录出等温转变时
所引起的膨胀效应与时间的关系曲线。
冷却收缩
转变结束 转变过程
孕育期
转变开始
图6.4 等温转变时膨胀－时间曲线
上一页 下一页 8
优点：试样少、测试时间短和易于确定各转 变产物达到一定百分数时所需的时间。
缺点：不能测出过共析钢的先共析产物的析 出线和亚共析钢珠光体转变的开始线。
原因—渗碳体的居里点为230oC，在高于该温 度析出时无磁性表现；而铁素体与珠光体都 具有铁磁性，使两者在转变过程中无法区分。
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降低珠光体和贝氏体转变速度，同时 使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变 C曲线移向低温。当钢中合金元素含量较高 时，将出现双C曲线的特征。
上一页 下一页 18
Cr 的 影 响 。 Cr 显 著提高过冷奥氏体 的稳定性，使转变 孕育期延长；铬含 量超过3％，两曲线 完全分离；铬对贝 氏体转变的推迟作 用大于对珠光体转 变的推迟作用。当 Cr 含 量 相 近 时 ， 碳 含量高的其孕育期 将更长一些。
上一页 下一页 22
3. 塑性变形 原因：由于中温形变时将
原在化上无氏于因奥亚破体形论：氏结坏亚变在由体构了于晶，晶稳可高高粒这粒定促温温中在取区使(形 产 一 向指)碳变生定的下奥时多程延和对氏将边度续铁奥体原氏稳在而奥有子体定奥促氏利的进氏进体于区扩体碳中贝行)还中原一氏散塑形 子定体是，性成扩的的低因形大散应形温量力核，而变(位状，加指将，错态从之加奥由 性速，珠使光贝氏体体的转转变变时铁，素使形而成加珠速光了转体变的过孕程。育期缩 体减短的慢；共转格变成过长程受。到阻碍而
第六章_过冷奥氏体转变图

第六章_过冷奥氏体转变图


C 曲线
2
孕育期
Incubation Period
转变开始线与纵坐标轴 之间的距离，表示在各 不同温度下过冷奥氏体 等温分解所需的准备时 间。 鼻 子 ----C 曲 线 上 转 变开始线的突出部，孕 育期最短的部位。
孕育期
转变开始
转变终了
鼻子
图6-1
从S曲线(a)到C曲线(b)
3
C 曲线的测定方法
8
图6-4
合金元素对C曲线位置及形状的影响
9
2. 过冷奥氏体连续冷却转变图 2.1过冷奥氏体连续冷却转变图的建立
CCT 曲线
Continuous Cooling Transformation 一般采用快速膨胀仪测定。
10
cc’ 线为珠光体转变中 止线。
转变并未最后完成，但 过冷奥氏体已停止分解。
曲线转变开始线相交时(温度为Tn )，IP<1， 转变未开始。只有进一步冷却到更低温度 Tn’，并满足
IP(Tn' ) 1


' Tn
A1
dT 1 Z (T )
时，转变
才开始，这就是CCT曲线位于C曲线右下方
的原因。
22
在临界冷却速度 VC 下，从 A1 点 冷却到珠光体转变中止线温度 TR’ 时，IP = 1。
i
1 dT A1 Z (T )
Tn
(6 2)
dT 1 d 式中为冷却速度 , d dT 若冷却速度不变，则 (6 2)式可写成： 1 Tn dT IP(Tn ) (6 3) A 1 Z (T )
20
21
这就是说，冷却速度为 α 的冷却曲线与 C
Zi

过冷奥氏体转变曲线图

6
3）加热条件的影响
加热条件主要指加热温度和保温时间。奥氏体化温度越高，保温时间 越长，则形成的奥氏体晶粒越粗大，成分越均匀。同时，加热温度的提高 也有利于先析出相及其他难熔质点的熔化。所有这些因素都将提高奥氏体 的稳定性，使C曲线右移。
7
1.2 过冷奥氏体连续冷却转变
实际中多数热处理工艺应用的是连续冷却转变， 即过冷奥氏体是在不断的降温过程中发生转变的， 这就需要研究过冷奥氏体的连续冷却转变规律。
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过冷奥氏体连续冷却转变曲线
如图4-16所示为共析钢的连续冷却转变曲线，又 称CCT曲线（Continuous Cooling Transformation）。 它反映了过冷奥氏体的冷却状况与组织结构之间的关 系，是研究钢在冷却转变时组织转变的理论基础，也 是选择热处理冷却工艺的重要依据。
8
图4-16 共析钢连续冷却转变曲线示意图
图4-16中的Ps线为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线，Pf 线 为转变终了线，两线之间为转变过渡区。 KK ' 线为转变的中止线， 当冷却曲线碰到此线时，过冷奥氏体便中止向珠光体型组织转变， 剩余的奥氏体将被过冷到 Ms点以下转变为马氏体。Vk是与Ps线相 切的冷却速度，它是钢在淬火时可抑制非马氏体组织转变的最小 冷却速度，称为淬火冷却速度或上临界冷却速度。Vk' 是获得全部 珠光体组织的最大冷却速度，称为下临界冷却速度。
2）合金元素的影响
除Co，Al以外，所有的合金元素溶于奥氏体后都会提高过冷奥氏体 的稳定性，使C曲线右移。其中，非碳化物形成元素（如Ni，Si，Cu等） 只改变C曲线的位置，不改变其形状。碳化物形成元素（如Cr，Mo，V等） 可同时改变C曲线的位置和形状。必须指出，碳化物形成元素必须溶于奥 氏体中才能提高过冷奥氏体的稳定性，否则作用相反。

《材科热处理原理》思考题

《材科热处理原理》思考题第一章固态相变概论1. 金属固态相变的主要类型有哪些？2. 热力学主要的状态函数与状态变数之间的关系如何？3. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？4. 金属固态相变有哪些特点？5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。

6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。

7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？8. 金属固态相变主要有哪些变化？9. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm10. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制第二章钢中奥氏体的形成1. 奥氏体(A)的晶体结构，组织形态与性能有什么特点？2. 奥氏体形成的热力学条件是什么？共析钢的珠光体（平衡态组织）向奥氏体转变属于何种转变？试说明珠光体向奥氏体转变过程。

3. 钢在实际热处理加热和冷却过程时的临界点为什么偏离相图上的临界点？实际的临界点如何表示？实际的临界点与加热和冷却速度有什么关系？4. 试以碳扩散的观点说明奥氏体长大机理。

（奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是以C 扩散为基础并受碳扩散控制的？）5. 说明奥氏体形成时铁素体先消失的原因。

6. 非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有哪些异同？7. 共析碳钢奥氏体等温形成动力学（TTA图）有什么特点？非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？8. 影响奥氏体等温形成的形核率的因素有哪些？如何计算A线长大速度？影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？（奥氏体等温形成动力学（形核与长大）的经验公式）（为什么温度升高，奥氏体转变速度加快？）（合金元素对奥氏体的形成速度有什么影响？）9. 合金钢的奥氏体形成动力学有什么特点？10. 连续加热时奥氏体形成动力学有什么特点？试以连续加热时奥氏体的形成动力学曲线，说明奥氏体形成时临界点的变化。

第6章_过冷奥氏体转变图


3. 奥氏体状态的影响
① 奥氏体的晶粒度：主要 影响先共析转变、珠光体 转变和贝氏体转变。晶粒 越小，C曲线左移，即转 变越快。对马氏体转变而 言，晶粒越粗大，Ms点越 高。
3. 奥氏体状态的影响
② 奥氏体均匀性：奥氏体 成分越不均匀，先共析转 变和珠光体转变加快，部 分C曲线左移；贝氏体转 变时间延长，转变终了线 右移； Ms点升高，Mf点 降低。
图6-5 Ni对C曲线的影响
2. 合金元素的影响
⑵ 碳化物形成元素
主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这类元素如溶入奥氏 体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝氏体转变的速 度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变C 曲线移向低温。 当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种转变的C 曲线彼此分离，使IT图出现双C曲线的特征。这样，在 珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过 冷奥氏体的高度稳定区。
过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物 A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区 Ms~ Mf M转变区 M转变区： A分解为过饱和碳的α-Fe固溶体，即马氏体。 残余奥氏体 高温 中温 低温
珠光体组织
下贝氏体组织
马氏体组织
6.1.2 IT图的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体状态的影响 4.外加应力与塑性变形的影响
转变产物： 在两个“C”曲线相重叠 的区域内等温时可以得到珠 光体和贝氏体混合组织。 在珠光体区内，随着等温 温度的下降，珠光体片层间 距减小，珠光体组织变细。 在贝氏体区较高温度等温, 获得上贝氏体；在较低温度 区等温，获得下贝氏体。
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图

第六章 钢的奥氏体转变图

②11mm：水冷,按照等温图可得部分 P型组织，但实际上能得全部 M.,可 见应用CT曲线更符合实际情况。图 8为45Cr等温转变图 （IT）和CT图的比较 .
Hale Waihona Puke 3.转变产物 IT 转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。 CT 转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型
可能不止 一种，有时是几种类型组织的混合。即使是同 一种类型的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度 不同，所得的组织粗细不同，如P→S→T ；B上→B下。
（2）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这 类元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝 氏体转变的速度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝 氏体转变C曲线移向低温。当钢中这类元素含量较高时，将 使上述两种转变的C曲线彼此分离，使IT 图出现双C曲线的 特征。这样，在珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出 现了一个过冷奥氏体的高度稳定区，参见图 6-2（b）。
Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着 T↓，片状 越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类： 珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
对T8而言，对应温度的相变组织和性能： A1～650℃： A→P 硬度 HRC32～11 650～600℃：A→S 硬度HRC32～38（属Fe、C原子
（三） IT 曲线与CT曲线的比较 1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。 CT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。 2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
图7含0.84%碳钢CT图与IT图
图8 40Cr钢IT图(虚线)与CT图
①13mm 钢板：油冷。按照等温转变图，应在690℃开始转变，640℃结 束，但实际上是660℃开始转变，590℃结束；
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图1 共析碳钢IT曲线测试示意图
图1 共析碳钢IT图
二、过冷A等温转变图的基本形式
1. 结构: 1）A1是临界点； 2）转变开始线左方是过冷A区；
3）转变结束线右方是转变结束区（P或B）；
4）两线之间是转变过渡区：
A→P转变的A＋P区； A→B转变的A＋B区。 5）水平线Ms为马氏体转变开始温度， 其下方为马氏体转变区。这是一幅比 较简单的过冷A等温转变图。
3.选择淬火介质
当CCT鼻子处孕育期为2S时，φ 25零件水淬可淬硬； 当CCT鼻子处孕育期为5～10S时，φ 25零件油淬可淬硬；
当CCT鼻子处孕育期为＞100S时，φ 25零件空气中即可淬硬；
（三） IT 曲线与CT曲线的比较
1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。
CT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
对T8而言，对应温度的相变组织和性能： A1～650℃： A→P 硬度 HRC32～11
650～600℃：A→S 硬度HRC32～38（属Fe、C原子
的扩散型转变）
600～550℃：A→T 硬度HRC32～40
随着T↓,M%量↑，但即使T=Mz，也不是所有A全部转变
M，总有一部分保留在钢中，称残余奥氏体A′。
三.影响过冷A等温转变图形状的因素
①临界点位置不同；② P、B转变的C曲线位置不同；③ Ms 不同。这些的主要影响因素有合金元素的影响、A晶粒尺寸 的影响。 (一)合金元素的影响 1. 碳的影响 ●亚共析碳钢：C%↑，C曲线向右移；
却转变的情况时，所得结果不能精确，只能是定性地说明问题。
5.确定淬火临界冷却速度Vc ●利用IT图确定的淬火临界冷却速度
V
' c
A1 t m
m
℃/s
●利用CT图确定的淬火临界冷却速度
A1 t m Vc 1.5 m
℃/s 实线——奥氏体等温分解开始线 虚线——奥氏体连续冷却分解开始线
（4）铬：铬能显著提高过冷奥氏体的稳定性，并且使C曲线形
状改变。使转变孕育期延长，使珠光体转变C曲线向高温方向
移动，而贝氏体转变C曲线向低温方向移动；当铬含量较高时
(如超过3％)，可使两曲线完全分离；铬对贝氏体转变的推迟
作用大于对珠光体转变的推迟作用。 （5）钼和钨的影响：钼对IT图的影响见图6-7，可以看出， 铝对珠光体转变有强烈的抑制作用，但对贝氏体转变则影响不 显著。
●过冷奥氏体连续转变图（CT） CT图也称 CCT图（连续转变图，Continuous-CoolingFransformation）能比较接近实际热处理冷却条件，应 用更方便有效。
为什么要研究过冷奥氏体转变图
1.钢加热到A状态，用不同的介质，A在不同的过冷度下
转变的产物（P、B、M或它们的混合组织）的组织与
类： （1）非（或弱）碳化物形成元素，主要有钴、镍、锰、 硅、铜和硼。际钴外，都不同程度地同时降低珠光休转变 和贝氏体转变的速度，即使C曲线右移，但对C曲线的形 状影响不大，仍呈现与碳钢相似的单一“鼻子”。
（2）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这
类元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝
图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较
四. IT图的应用
1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一： ①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织； ②制定等温淬火和分散淬火的工艺； ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。 因此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据， 它的直接应用受到很大的限制。
钢的热处理原理与工艺
第六章 钢的过冷奥氏体转变图
●过冷奥氏体等温转变图（IT） IT图也称TTT曲线（Time-Temperature-Transformation），
因形状如字母“C”，故称C曲线。 主要反映了过冷A等温转变
的规律，主要用于研究相变机理、组织形态等。在一般热处理 生产中，多为连续冷却，所以难以直接应用，
K: 是P转变终止线；
VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越 小，钢件在 淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。
VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火 所需的时间就越长。
图6共析碳钢连续冷却转变图
（二）用途： 如果我们知道了某钢中的CT曲线，我们就能利用它估 计某连续冷却转变的温度范围、转变所需时间、转变产物 及其性能。 1.预测热处理后零件的组织及性能 2.确定临界冷却速度VK 用于选材、选淬火介质的重要参数之一。
(二) A晶粒尺寸的影响（加热温度作保温时间的影响） ●晶粒越细：C曲线左移（A分解的晶核数增多，P易于形核） ●晶粒越粗：C曲线右移； ●成分越均匀：A分解的晶核数量减少，新相形核及长大过程
中所需扩散时间就越长，故C曲线右移。
3. 过冷奥氏体等温转变图类型（P156） 根据C曲线的形状以及P、B、M转变区相互位置的不 同，在Ms点温度以上时的C曲线大致可归纳为以下几种 类型（图3）
2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
图7含0.84%碳钢CT图与IT图
图8 40Cr钢IT图(虚线)与CT图
①13mm钢板：油冷。按照等温转变图，应在690℃开始转变，640℃结 束，但实际上是660℃开始转变，590℃结束； ②11mm：水冷,按照等温图可得部分P型组织，但实际上能得全部M.,可 见应用CT曲线更符合实际情况。图8为45Cr等温转变图 （IT）和CT图的比较.
五.过冷奥氏体连续转变图
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规律，主要用于
研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却， 所以难以直接应用，CCT图（连续转变图，Continuous、 Cooling、Fransformation）能比较接近实际热处理冷却 条件，应用更方便有效。 （一）共析碳钢的连续冷却转变图(图6) PS：P开始转变线； PZ：P转变结束线；
10个）加热奥氏体化→迅速冷却到各个不同的等温温度
（置于导热性好的熔融金属或盐溶炉）→在每个温度保温 （停留）不同时间后淬火（淬入盐水中）→在500倍金相显 微镜下观察其分解产物和转变量，当分解产物出现1～2％ 时，所对应的保温就认为在该保温温度的转变开始时间。 当分解产物达98％时间为转变终了时间。
●本章主要介绍过冷A等温转变图和连续冷却转变图及其
内在联系。这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材 和预测热处理后零件性能的重要理论①金相硬度法 ②膨胀法 ③磁性法 ④电阻法
●金相硬度法：
是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。
它是将一组试样（φ10～15mm，厚度1.5mm左右，数量5～
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M 相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变）
从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着T↓，片状
图3 四种类型IT图
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。
b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。
c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
线是两条C曲线。
d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转 变（A→B）
●亚共析钢和过共析钢的C曲线（图4）
②贝氏体转变区域（中温转变）
温度范围：C曲线鼻尖温度～Ms。
B是过饱和C的铁素体和渗碳体非片层状的混合物。
其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃ 硬度HRC60～45
B下形成温度T：350～240℃ 硬度HRC45～55
③马氏体转变区域（低温转变）。 温度范围：Ms～Mf 对T8而言： M转变区域约在240～－50℃。
2.特点： 1）过冷A在不同温度(T)的等温分解时都有一个 孕育期t,孕育期随等温温度T的改变而改变。 ●在鼻尖上部：孕育期随T↑而延长；
●在鼻尖下部：孕育期随T↓而延长；
●在鼻尖处：孕育期最短，此时A最不稳定，是转变速度的
极大值。 这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而 铁、C原子的扩散却依过冷度的增大而减小，这一对矛盾因 素综合影响的结果： ●鼻尖以上：自由能△G起主要作用，相变受△G大小的制约 ●鼻尖以下：矛盾的主要方面是Fe、C原子扩散，即相变受 Fe、C原子扩散速度的制约。
●过共析C钢：C%↑，C曲线向左移；
●共析钢：使过冷A最稳定，即其C曲线处于最右的位置。
2. 除Co以外，所有溶入A后的合金元素都增大A稳定 性，使C曲线右移。 如未溶入奥氏体，则出于存在未熔的碳化物或夹杂 物，往往会起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏 体的转变，使C线左移。
●根据合金元素对IT图的影响，可将合金元素分为两大
性能有很大差别，导致钢材最终性能的多种多样。 2. 钢的过冷A转变动力学图是研究某一成分的钢在过冷A 转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。
3. 奥氏体的冷却条件分两大类：
1） 平衡冷却条件
特征：不考虑时间因素的极其缓慢的冷却。Fe－Fe3C相
图就是这样获得的。
2）非平衡冷却条件
特征：受时间因素的影响在人们的生产实践中，更多遇 到的是非平衡冷却条件的相变，掌握过冷A的非平衡 冷却条件下的转变规律，对热处理生产指导意义更直 接。
图6-10 45钢CCT图（奥氏体化温 度880℃）