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第七章 过冷奥氏体转变动力学图

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第七章 过冷奥氏体转变动力学图

第七章 过冷奥氏体转变动力学图

TTT图的基本形式
7
Yuxi Chen Hunan Univ.
（3）TTT图的影响因素
碳的影响 在常规奥氏体化条件下，亚共析钢的C曲线随碳含 量的增加而右移，过共析钢的C曲线随碳含量的增加 而左移，因此碳钢中共析钢的过冷奥氏体最稳定。 合金元素的影响 钴和铝使C曲线左移，降低过 冷奥氏体稳定性； 铬、钼、钨、钒、钛等碳化 物形成元素如溶入奥氏体则不 同程度降低珠光体和贝氏体转 变温度，C曲线移向低温。 8 Yuxi Chen
正确制定热处理工艺规程 1）普通退火和等温退火； 2）等温淬火； 3）分级淬火； 4）形变热处理。 分析转变产物及性能
13 Yuxi Chen Hunan Univ.
第二节 过冷奥氏体连续转变动力学图
（1）过冷奥氏体连续转变动力学图CCT的基本 形式
35CrMo钢的CCT图
CCT图与TTT图有如下不同： 1）任何一种钢的CCT图都在 其TTT图的右下方，这是奥氏 体连续冷却转变温度较低、孕 育期较长所致； 2）某些钢的珠光体转变或贝 氏体转变可能被抑制。
（2）TTT图的测定方法
金相法 金相法的原理是利用金相显 微镜观察过冷奥氏体在不同等 温温度下，各转变阶段的转变 产物及其体积分数，根据转变 产物体积分数的变化来确定过 冷奥氏体等温转变的起止时间， 从而绘制出等温转变图。
过冷奥氏体等温转变动力学 曲线作法示意图
优点是能较准确地测出转变的开始点和终了点； 缺点是结果不连续，需制作大量试片。 Yuxi Chen
无鼻型TTT图
既没有贝氏体区，也没有珠光体区， 马氏体转变也被推迟到室温以下，除 碳化物析出外，无任何其他相变。
12
Yuxi Chen Hunan Univ.
（5）过冷奥氏体等温转变动力学图的应用

过冷奥氏体转变

过冷奥氏体转变

过冷A等温转变动力学图的基本形式
（一）共析钢的C曲线分析 1.线、区的意义 线：纵坐标为温度，横 坐标为时间 ，临界点A1 线， MS 线 ， Mf 线 ， 转变开始线， 转变终了线。 区： A1 以上为稳定 A 区， 过冷A区，过冷A等温转变区 （A→P、A→B），转变产物 区（P、B）， M形成区 （A→M）、M转变产物区（M 或M+Ar） 孕育期最短的部位，即 转变开始线的突出部分，称 为鼻子。
（二）非共析钢的过冷A等温转变图与共析钢的A等温转变图 不同的是： 对亚共析钢在发生 P转变之前有先共析 F 析出，因此亚共 析钢的过冷 A等温转变曲线在左上角有一条先共析 F析出线， 且该线随含碳量增加向右下方移动，直至消失。 对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出，因此 过共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳 体析出线，且随含碳量增加向左上方移动，直至消失。
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。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌 下贝氏体

过冷奥氏体的低温（ 马氏 体）转变
当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 1）马氏体的晶体结构
马氏体组织
碳在-Fe中的过饱和固溶
体称马氏体，用M表示。 马氏体转变时，奥氏体中 的碳全部保留到马氏体中.
光镜下形貌
电镜下形貌

⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃,片 层较薄(0.2~0.4μm)， 800-1000倍光镜下可辨，
光镜形貌
用符号S 表示。


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。

第七章 过冷奥氏体转变动力学图

第七章 过冷奥氏体转变动力学图

7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
25
7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
7.2.1 常见的过冷奥氏体连续转变动力学图的 基本形式
一组在终端注有数字的曲线，这是一组冷却曲线， 冷却曲线和转变终了线交点处所注的数字为这种转变 产物所占的百分比。 马氏体转变开始点Ms的水平线右侧为斜线。这是 由于珠光体、马氏体转变提高了奥氏体中的碳含量， 导致Ms点下降的结果。 任何一种钢的CCT图都在其TTT图的右下方。这 是由于奥氏体连续冷却转变是转变温度较低，孕育期 较长所致。 26 某些钢的珠光体转变或贝氏体转变可能被抑制。
第七章 过冷奥氏体转变动力学图
1
第七章 过冷奥氏体转变动力学图
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图 7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
2
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
• IT图（Isothermal Transformation diagram） • TTT图（Time-Temperature-Transformation curve） • C曲线 7.1.1 过冷奥氏体等温转变动力学图的基本形式 7.1.2 TTT图的测定方法 7.1.3 TTT图的影响因素 7.1.4 TTT图的基本类型 7.1.5 过冷奥氏体等温转变动力学图的应用
7.1.2 TTT图的测定方法
7.1.2.1 金相法 • 圆片状试样: 直径为10~15mm，厚度为1.0~1.5mm。 经过退火或正火处理。 (1) 热处理 • 一组试样奥氏体化后，迅速转移至给定温度(如t1)的 等温浴炉中，分别停留不同时间，随即迅速淬入盐 水中。 • 在等温过程中未转变的奥氏体在淬火时将转变为马 氏体，而等温转变的产物不变。

TTT和CCT

TTT和CCT
(d) 表示形成了二组独立的C曲线。
综上所述，C曲图为珠光体等温转变、马氏体 连续转变、贝氏体等温转变的综合。需指出的是 珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加 贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。
A
14
1.2 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分：Wc和合金元素 奥氏体状态：奥氏体晶粒大小的影响、
200
100 0 Mf
Move down
M + A残
-100 0
1
10
102
103
104 Time(s)
过共析钢C曲线
A
12
温度 (℃)
800
700
600
500
400 300 Ms
200
100 0 Mf
过共析钢的TTT曲线
ACM
Fe3CⅡ A
A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ
T
B
+ A残
对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出，因此过 共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳体 析出线，且随含碳量增加向左上方移动，直至消失。
A
9
A
10
T(℃)
800 700 600 500
亚共析钢的TTT曲线
Fe3CⅡ A
Move right
A3
A1
P+F S+F
T
400
B
300 Ms
过冷奥氏体转变动力学 TTT与CCT曲线
A
1
钢在热处理时的冷却方式
温 度
热 加
保温
临界温度
连续冷却
A
等温冷却 时间

过冷奥氏体转变动力学曲线

过冷奥氏体转变动力学曲线

过冷奥氏体转变曲线
等温动力 学转变图： 学转变图：
Time Temperature Transformation
过冷奥氏体转变曲线
表示A→P和A→B转变线重叠 表示转变终了线出现的二个鼻子 和 表示 转变线重叠
表示形成了二组独立的C曲线 表示形成了二组独立的 曲线
过冷奥氏体转变曲线
二. 影响过冷奥氏体等温转变动力学图形状的因 素 1．碳含量的影响 ． 亚共析钢中，随碳含量的上升， 曲线右移 曲线右移； 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； 曲线左移； 过共析钢中，随碳含量的上升， 曲线左移 因此，共析钢的C曲线离纵轴最远 曲线离纵轴最远， 因此，共析钢的 曲线离纵轴最远，共析钢的 过冷A最稳定。 过冷 最稳定。 最稳定
过冷奥氏体转变曲线
过冷奥氏体转变曲线
连续冷却转变曲线： 连续冷却转变曲线：
过冷奥氏体转变曲线
向上曲折
过冷奥氏体转变曲线
过冷奥体连续转变动力学曲线的应用： 过冷奥体连续转变动力学曲线的应用： 预测热处理后零件的组织及性能； 预测热处理后零件的组织及性能； 确定临界冷却速度； 确定临界冷却速度； 选择淬火界质。 选择淬火界质。
过冷奥氏体转变曲线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
过冷奥氏体转变曲线
等温动力学转变图： 等温动力学转变图： 研究过冷奥氏体的转变规律， 研究过冷奥氏体的转变规律，实际是研究温度和时间对转变 的影响。 的影响。 过冷奥氏体在冷却方式： 过冷奥氏体在冷却方式：
过冷奥氏体转变曲线
除Co、Al以外， Co、Al以外， 以外 合金元素均使 C曲线右移，即 曲线右移， 增加过冷奥氏体 的稳定性。 的稳定性。

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过冷奥氏体等温转变动力学图 （TTT图）
等温转变：将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下
的一定温度，进行等温，在等温过程中所发生的相
变。
过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 曲 图 (TTT ， Time Temperature Transformation)：用来描述转变开始和转变终了时间、 转变产物和转变量与温度、时间之间的关系曲线， 又叫C曲线、IT图。
第３类
（４）只有P转变区而无B转变区（4Cr13)或只有B转变 区而无P转变区(18CrNiV)。
（５）只有一条碳化物析出线，无P和B转变区（奥氏 体钢都具有这类曲线）。
第４类
第５类
（四）影响奥氏体等温转变图的因素 1、化学成分
（1）碳含量的影响 对珠光体部分：亚共析钢，随碳含量的增加C曲线右移。
这样在某一温度等温，将得到P+B或B+M混合组织。
（三）奥氏体等温转变图的常见类型
等温转变曲线形状只要取决于珠光体、贝氏体和马氏体的转 变曲线是 重叠的还是明显分开的，以及它们与纵轴间的相对位 置。
1、碳钢的基本类型
2、合金钢C曲线的常见类型
归纳起来大体上可以分为五种类型。
（1）单一C字形曲线，即P与B转变重叠（与碳素钢相似）。 除碳钢以外，含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素（非碳化物 形成元素）的钢均属此类。
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； Ms降低。
3、加热温度和保温时间的影响

当原始组织相同C曲线右移。
a)843.5℃ 奥氏体化，晶粒度No9 b)1065.6 ℃奥氏体化，晶粒度No3
2、等温淬火：获得下贝氏体。

热处理C曲线

热处理C曲线
（2）低温时，过冷度大，驱动力△Gv大，扩散系数D小， 原子扩散能力小，以扩散系数D影响为主。
上述两个因素综合作用的结果，在550℃是驱动力和原子 的扩散的作用都充分发挥，使孕育期最短，使TTT图呈“C” 字形。
综上所述， TTT图为珠光体等温转变 马氏体连续转变、 贝氏体等温转变的综合。
二非共析钢的过冷A等温转变图
A
A向产物 转变终止线
产 物 区
体
物
区 A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变;P 转变区;
550～230℃;中温转变 区;半扩散型转变;
贝氏体 B 转变区;
230～ 50℃;低温转 变区;非扩散型转变; 马氏体 M 转变区;
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
CCT－Continuous Cooling Transformation
一 过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式
一共析钢CCT图分析
共析钢过冷奥氏体连续转变 动力学图的基本形式如图;该图 的纵坐标为温度，横坐标为时间， 采用对数坐标;
1 线 区的意义
线：A1线，MS、Mf线、P转变开 始线，P转变终了线，P转变中 止线。
空冷
Ms
马氏体转变开始线
Mf
水冷 Ps—珠光体转变开始线 Pf—珠光体转变结束线
马氏体转变结束线
Vk
油冷
Vk1
时间lgτ
与共析钢的A等温转变图不同的是：
对亚共析钢在发生P转变之前有先共析F析出;因此亚共析钢 的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析F析出线，且该 线随含碳量增加向右下方移动，直至消失;
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TTT图的基本形式
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Yuxi Chen Hunan Univ.
（3）TTT图的影响因素
碳的影响 在常规奥氏体化条件下，亚共析钢的C曲线随碳含 量的增加而右移，过共析钢的C曲线随碳含量的增加 而左移，因此碳钢中共析钢的过冷奥氏体最稳定。 合金元素的影响 钴和铝使C曲线左移，降低过 冷奥氏体稳定性； 铬、钼、钨、钒、钛等碳化 物形成元素如溶入奥氏体则不 同程度降低珠光体和贝氏体转 变温度，C曲线移向低温。 8 Yuxi Chen
Hunan Univ.
奥氏体化条件影响 如果奥氏体晶粒细小，则提高珠光体形核率； 如果奥氏体中存在剩余碳化物第二相，或奥氏体成 分不均匀，也将提高珠光体形核率； 加热温度高、保温时间长，则奥氏体转变的形核率 降低，C曲线右移。 塑性形变的影响 塑性形变可以使奥氏体晶粒细化，或亚结构密度增 加，都将加速珠光体的转变，使C曲线左移； 塑性形变对贝氏体转变的影响不完全相同，高温塑 性形变对之有减缓作用，低温塑性形变对之有加速作 用。 9 Yuxi Chen
第七章 过冷奥氏体转变动力学图
第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图 第二节 过冷奥氏体连续转变动力学图
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Yuxi Chen Hunan Univ.
第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图
过冷奥氏体等温转变及连续转变动力学是制定热处
理工艺、合理选择刚才及预测零件热处理后性能的
重要理论依据。 过冷奥氏体等温转变动力学图是研究奥氏体在A1以 下不同温度等温冷却过程中，转变产物体积分数与温 度、时间关系的曲线图，简称IT图、TTT图，俗称C 曲线。
（2）TTT图的测定方法
金相法 金相法的原理是利用金相显 微镜观察过冷奥氏体在不同等 温温度下，各转变阶段的转变 产物及其体积分数，根据转变 产物体积分数的变化来确定过 冷奥氏体等温转变的起止时间， 从而绘制出等温转变图。
过冷奥氏体等温转变动力学 曲线作法示意图
优点是能较准确地测出转变的开始点和终了点； 缺点是结果不连续，需制作大量试片。 Yuxi Chen
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磁性法 磁性法原理是利用奥氏体为顺磁性而其转变产物如 铁素体、贝氏体和马氏体等均为铁磁性的特性，通过 过冷奥氏体在A2以下等温或降温过程中引起的由顺磁 性到铁磁性的变化来确定转变的起止时间以及转变量 与时间的关系。 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渗碳体的析出线及 亚共析钢珠光体转变的开始线。
正确制定热处理工艺规程 1）普通退火和等温退火； 2）等温淬火； 3）分级淬火； 4）形变热处理。 分析转变产物及性能
13 Yuxi Chen Hunan Univ.
第二节 过冷奥氏体连续转变动力学图
（1）过冷奥氏体连续转变动力学图CCT的基本 形式
35CrMo钢的CCT图
CCT图与TTT图有如下不同： 1）任何一种钢的CCT图都在 其TTT图的右下方，这是奥氏 体连续冷却转变温度较低、孕 育期较长所致； 2）某些钢的珠光体转变或贝 氏体转变可能被抑制。
珠光体区在左贝氏体区在右的双鼻型TTT图
珠光体区和贝氏体区上下分开，呈 珠光体区在左，贝氏体区在右的双鼻 型。
只呈现贝氏体转变区的单鼻型TTT图 只有贝氏体区，没有珠光体区，珠 光体转变被无限推迟。
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Yuxi Chen Hunan Univ.
只呈现珠光体区的单鼻型TTT图 只有珠光体区，没有贝氏体区，贝 氏体转变被无限推迟。
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Yuxi Chen Hunan Univ.
（1）过冷奥氏体等温转变动力学图的基本形式
共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图
A1：这种钢的临界点； MS：马氏体转变开始点； A→P：珠光体转变； A→B：贝氏体转变； A→M：马氏体转变； 孕育期； 鼻子：孕育期最短的部位。
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（4）过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
确定临界冷却速度 临界冷却速度Vc是保证奥氏体在冷却过程中不发生 分解而全部过冷到马氏体区的最小冷速，称为“上临 界冷却速度”。 Vc1是保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不发 生马氏体转变的最大冷却速度，称为“下临界冷却速 度”。 选择淬火介质 预测热处理后零件的组织及性能
确定临界直径
17 Yuxi Chen Hunan Univ.
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Hunan Univ.
膨胀法
膨胀法是采用热膨胀仪，利用钢在相变时发生的比 容变化来测定过冷奥氏体在等温过程中转变的起止时 间。 过冷奥氏体经纯冷却收缩 等温转变时膨胀量−时间曲线 bc和等温转变前的孕育期cd 后，从d点开始转变，形成珠 光体或贝氏体。de表示等温 转变过程，e点转变结束。
优点：测量时间短，需要试样少，易于确定转变时间； 缺点：膨胀曲线变化较平缓时，转折点不易精确测出。
14 Yuxi Chen Hunan Univ.
（2）改型CCT图
改型CCT图以温度为纵坐标， 以棒材直径为横坐标。横坐 标有三种分度，分别为空气 冷却、油冷却和水冷却时的 圆棒直径。
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（3）过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
端淬法
基本思路是试样各横截面的冷却速度基本上是恒定 的，而距端面不同距离的横截面的冷却速度是不同的， 距水冷端越近，冷却速度越大，反之越小。这样在一 个端淬试样上有着各种不同恒速冷却的部位。测定各 部位在不同冷却时间后的显微组织和硬度，就可绘制 出CCT图。 金相硬度法 膨胀法
6 Yuxi Chen Hunan Univ.
TTT图中包括珠光体、上贝氏 体、下贝氏体及马氏体转变四 组C曲线，这是TTT图的基本形 式，反映了过冷奥氏体等温转 变的基本规律。 过冷奥氏体等温转变产物， 并不是严格地由高温到低温依 次是珠光体、上贝氏体、下贝 氏体和马氏体，而是混合少量 其它产物。
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（4）TTT图的基本类型
珠光体区和贝氏体区部分重叠的单鼻型TTT图 珠光体区和贝氏体区部分重叠，呈 单鼻型。在鼻子以上进行珠光体转变， 鼻子以下进行贝氏体转变。 珠光体区在右贝氏体区在左的双鼻型TTT图 珠光体区和贝氏体区上下分开，呈 珠光体区在右，贝氏体区在左的双鼻 型。
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无鼻型TTT图
既没有贝氏体区，也没有珠光体区， 马氏相变。
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Yuxi Chen Hunan Univ.
（5）过冷奥氏体等温转变动力学图的应用
确定淬火临界冷却速度和选择淬火介质
临界冷却速度Vc是保证奥氏体在冷却过程中不发生 分解而全部过冷到马氏体区的最小冷速。