1-奥氏体转变

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。

球化退火过程中的组织转变
球化退火是一种热处理技术，其主要目的是将钢中珠光体转变为球状组织，以便改善钢的塑性和切削性。

这个过程中发生的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，通常由三个阶段组成：
1. 奥氏体转变：将钢材加热到适当的温度，使其处于奥氏体状态。

这通常需要一个特定的温度范围，根据不同钢材和应用，通常在725℃至1050℃之间。

2. 等温球化：将钢材置于特定温度下进行处理，以促进球状体的形核和生长。

这个过程的时间通常是根据钢材的种类和规格而定的，从数分钟到数小时不等。

3. 退火：将钢材从等温球化处理的温度冷却到室温，这通常需要数小时到数天的时间，以便使钢材内部的组织转变充分完成。

在整个球化退火过程中，还会发生其他一些组织转变，如高温下的马氏体转变、低温下的马氏体和贝氏体转变等。

然而，球化退火过程中的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，这种转变可以提高钢材的塑性和切削性，从而使其更加适合各种应用。

第三节奥氏体在冷却时的转变奥氏体在冷却时发生的组织转变，既可在恒温下进行，也可在连续冷却过程中进行，随着冷却条件的不同，奥氏体可在A1以下不同的温度发生转变，获得不同的组织。

所以，冷却是热处理的关键工序，它决定着钢在热处理后的组织和性能。

在临界转变温度A1以上存在的奥氏体是稳定的，不会发生转变。

但一旦冷却到A1以下，则变得不稳定，冷却时要发生组织转变。

这种在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为过冷奥氏体。

研究过冷奥氏体的冷却转变行为，通常采用两种方法，一种是利用奥氏体等温转变曲线研究奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程，另一种是利用奥氏体连续冷却转变曲线研究奥氏体在不同冷速下的连续冷却中的转变过程。

一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线这里以金相－硬度法为例，来说明共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线的测定过程。

将共析钢制成圆形薄片试样（Φ10×1.5mm）。

试样被加热到临界点Ac1以上某一温度并保温一段时间，得到均匀的奥氏体组织，然后将试样分别迅速投入到不同温度的盐浴炉中，从放入盐浴中开始计时，每隔一段时间从盐浴中取出一块试样迅速放入水中。

对各试样做金相组织观察和硬度测定就可以得出各等温温度下不同等温时间内奥氏体的转变量，就可以得到一系列的奥氏体等温转变开始点和转变终了点。

若以等温转变温度为纵坐标，转变时间（以对数表示）为横坐标，将所有的转变开始点连接成一条曲线（称为等温转变开始线）；同样，将所有的转变终了点也连成一条曲线（称为等温转变终了线），就可以得到如所示的共析钢过图 3-1共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线图冷奥氏体等温转变曲线。

由于该曲线具有英文字母“C”的形状，故称C曲线，也称TTT（Time Temperature Transformation）曲线。

C曲线上部的水平线A1是奥氏体和珠光体的平衡温度。

下部的两条水平线分别表示奥氏体向马氏体转变的开始温度M s和终了温度M f。

第三章奥⽒体在冷却时的转变第六节钢在冷却时的转变⼀、共析钢的过冷奥⽒体转变由铁碳相图可知，共析钢从奥⽒体状态冷却到临界点A1点以下时将要发⽣珠光体转变。

实际上，迅速冷却到A1点以下温度时，转变并不是⽴即开始的，在A1点以下未转变的奥⽒体称为过冷奥⽒体。

1．过冷奥⽒体转变曲线(1)过冷奥⽒体等温转变曲线图10—38是通过实验测定的共析钢过冷奥⽒体等温转变动⼒学曲线，⼜称过冷奥⽒体等温转变等温图(⼜称TTT图或C曲线)。

图中左边的曲线是转变开始线，右边的曲线是转变完了线。

它的上部向A1线⽆限趋近，它的下部与Ms线相交。

Ms点是奥⽒体开始向马⽒体转变的温度。

由图可以看出，过冷奥⽒体开始转变需要经过⼀段孕育期，在550～500℃等温时孕育期最短，转变最快，称为C曲线的“⿐⼦”。

在⿐温以上的⾼温阶段，随过冷度的增加，转变的孕育期缩短，转变加快；在⿐温以下的中温阶段，随过冷度的增加，转变的孕育期变长，转变变慢。

这是因为共析转变是扩散型相变，转变速率是由相变驱动⼒和扩散系数D两个因素综合决定的(参看第三节)。

过冷奥⽒体在不同的温度区间会发⽣三种不同的转变。

在A1～500~C区间发⽣珠光体转变，转变的产物是珠光体(P)，其硬度值较低，在11～40HRC之间；550~C～Ms点区间发⽣贝⽒体转变，产物是贝⽒体(B)，硬度值较⾼在40～55HRC之间；在Ms点以下将发⽣马⽒体转变，得到马⽒体(M)，马⽒体的硬度很⾼，可达到60HRC以上。

碳素钢的贝⽒体转变温度区间与珠光体、马⽒体转变的温度区间没有严格的界限，相互之间有重叠。

⼀般认为过冷奥⽒体有了1％的转变即为转变的开始，转变已完成99％即为转变完了。

在转变开始线和转变完了线之间，还可以划出转变量为10％、50％、90％等等⼏条⼤体平⾏的曲线(图中以虚线表⽰)。

转变开始线、终⽌线与A。

线、Ms线之间将等温转变图划分成⼏个区域，各个区域表⽰组织状态及转变量与温度和时间之间的关系。

奥氏体等温转变曲线
奥氏体等温转变曲线是描述钢材在冷却过程中奥氏体相转变为其他相（如铁素体、贝
氏体、马氏体等）时的温度-时间关系曲线。

奥氏体等温转变曲线是根据一定条件下进行的实验数据绘制而成的，可以帮助人们了解钢材在不同温度下的相变行为。

奥氏体等温转变曲线通常包括以下几个主要阶段：
1. 加热阶段：钢材在室温下开始加热，温度逐渐升高。

在此阶段，奥氏体相开始
逐渐形成。

2. 奥氏体形成阶段：当钢材的温度达到一定程度时，奥氏体相开始迅速形成。

此时，奥氏体相的含量逐渐增加。

3. 奥氏体保持阶段：当钢材的温度保持在一定范围内时，奥氏体相的含量基本保
持不变。

此时，钢材的组织处于稳定状态。

4. 奥氏体相变阶段：当钢材的温度继续降低时，奥氏体相开始发生相变。

不同的
相变过程会在曲线上呈现不同的形态。

奥氏体等温转变曲线的形态可以受到多种因素的影响，如钢质的成分、加热和冷却速率、温度变化范围等。

不同材料和实验条件下得到的奥氏体等温转变曲线可能会
有所不同。

通过研究奥氏体等温转变曲线，人们可以深入了解钢材的相变机制，
从而提高钢材的性能和应用范围。

奥氏体等温转变曲线的特点
奥氏体等温转变曲线是用来描述材料中奥氏体相的形成和消失过程的曲线。

奥
氏体是一种具有较高韧性和强度的组织形态，它在许多金属和合金中起着重要的作用。

奥氏体等温转变曲线的特点主要有以下几个方面：
1. 曲线形态：奥氏体等温转变曲线通常呈现出"S"型或"C"型的形状。

这是由于
奥氏体在转变过程中经历了一段渐进的形变和晶格结构的调整。

2. 转变温度：奥氏体的等温转变曲线上有两个重要的转变点，分别是起始转变
温度和结束转变温度。

起始转变温度是奥氏体开始形成的温度，而结束转变温度则是奥氏体完全消失的温度。

3. 转变速率：奥氏体等温转变曲线上的转变速率是指奥氏体相的形成或消失的
速度。

在转变过程中，奥氏体的形成和消失速率通常是不对称的。

通常情况下，奥氏体的形成速度比消失速度要慢。

4. 形变效应：奥氏体等温转变曲线上的形变效应是指在转变过程中材料产生的
形变。

形变可能是由于奥氏体的体积变化引起的，也可能是由于晶格结构的调整引起的。

这种形变通常会对材料的机械性能产生影响。

总的来说，奥氏体等温转变曲线的特点描述了奥氏体在转变过程中的形态和性
质变化。

了解奥氏体等温转变曲线的特点有助于我们研究材料的热处理和性能调控，以满足工程和科学的需求。

钢在加热时会经历奥氏体转变的几个阶段。

首先是非晶态阶段，这是加热钢时的第一个阶段。

在这一阶段，钢中的晶格结构还没有完全消失，而是处于一种极其不稳定的状态。

随着温度的升高，这种不稳定的状态会导致晶格结构逐渐消失，最终形成一种称为热动力学平衡态的晶体结构。

接下来是奥氏体相变的第二个阶段，即奥氏体形成阶段。

在这一阶段，钢中的晶格结构完全消失，形成了一种称为奥氏体的晶体结构。

奥氏体是一种非常稳定的晶体结构，具有良好的力学性能。

第三个阶段是奥氏体稳定阶段。

在这一阶段，钢中的奥氏体晶体结构已经形成，且温度已经达到稳定状态。

此时，钢的力学性能也会达到最佳状态。

最后是奥氏体退火阶段。

在这一阶段，钢中的奥氏体晶体结构将会退回到非晶态，从而使钢的力学性能得到提升。

退火的目的是使钢中的晶格结构更加稳定，提高钢的力学性能。

在钢加热过程中，温度升高会导致钢中的晶格结构发生变化。

当温度升至一定程度时，晶格结构会完全消失，形成一种叫做奥氏体的晶体结构。

这种晶体结构是非常稳定的，具有良好的力学性能。

在钢的加热过程中，奥氏体形成的过程可以分为几个阶段。

首先是非晶态阶段，在这一阶段，钢中的晶格结构还没有完全消失，而是处于一种极其不稳定的状态。

随着温度的升高，这种不稳定的状态会导致晶格结构逐渐消失，最终形成一种称为热动力学平衡态的晶体结构。

接下来是奥氏体相变的第二个阶段，即奥氏体形成阶段。

在这一阶段，钢中的晶格结构完全消失，形成了一种称为奥氏体的晶体结构。

奥氏体是一种非常稳定的晶体结构，具有良好的力学性能。

第三个阶段是奥氏体稳定阶段。

在这一阶段，钢中的奥氏体晶体结构已经形成，且温度已经达到稳定状态。

此时，钢的力学性能也会达到最佳状态。

最后是奥氏体退火阶段。

在这一阶段，钢中的奥氏体晶体结构将会退回到非晶态，从而使钢的力学性能得到提升。

退火的目的是使钢中的晶格结构更加稳定，提高钢的力学性能。

在退火过程中，钢的温度会先升高，然后再降低。

当温度升至一定程度时，钢中的晶格结构会发生变化，使得钢的力学性能得到提升。

钢的冷却转变钢在室温时的组织与性能，不仅与加热时获得奥氏体的均匀化程度和晶粒大小有关，而且更重要的是与奥氏体在冷却时的组织转变有关。

控制奥氏体在冷却时的转变过程是热处理的关键。

图1 奥氏体转变1 过冷奥氏体等温转变（TTT曲线）1.1过冷奥氏体等温转变过程奥氏体在临界点A1以下是不稳定的，必定要发生转变，但并不是一冷到A1温度以下就立即发生转变，它在转变前需要一定的时间，这段时间称为孕育期。

在A1温度以下暂时存在的处于不稳定状态的奥氏体被称为“过冷奥氏体”。

奥氏体的等温转变，是将加热到奥氏体化的钢件冷至A1以下的某个温度，进行等温，在等温期间奥氏体所发生的相与组织的转变过程。

图2 共析钢过冷奥氏体等温转变图由共析钢的C 曲线孕育期的长短随过冷度而变化。

孕育期的长短反映出过冷奥氏体稳定性的大小。

在孕育期最短处，过冷奥氏体最不稳定，转变最快，这里被称为C -曲线的“鼻子”。

而在靠近A 1点和M s 点的温度，过冷奥氏体比较稳定，因而孕育期较长，转变也很慢。

在“鼻子”以上温度，转变速度要决定于自由能差∆F ，而在“鼻子”以下温度，转变速度主要决定于扩散系数D 。

共析成分奥氏体在A 1点以下会发生三种不同的转变：在C -曲线的“鼻子”以上部分，即A 1～550℃之间，过冷奥氏体发生珠光体转变，转变产物使珠光体，这一温度区称为珠光体区。

在C-曲线的“鼻子”以下部分，大约550℃～M s 点之间，过冷奥氏体发生贝氏体转变，转变产物是贝氏体，这一温度区称为贝氏体区。

在M s 线以下，过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物为马氏体，这一温度区称为马氏体区。

图3 ∆F 和D 对过冷奥氏体转变速度的影响过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能，以共析钢奥氏体等温转变为例：1.1.1 珠光体型组织A 1～550℃之间将发生奥氏体向珠光体转变，这一转变称之为高温转变。

形成由层片状渗碳体和铁素体所组成的组织。

过冷奥氏体转变温度越低，珠光体越细。

奥氏体转变的四个阶段奥氏体转变的四个阶段，听起来就像是一场科学盛宴，真是让人想一探究竟。

你知道吗，奥氏体可不是啥神秘的外星生物，而是一种钢铁的特殊结构。

想象一下，钢铁就像一位大力士，平常健壮得很，但其实里面还有各种小秘密。

这个转变过程就像是大力士的变身，分成了四个阶段，真是精彩纷呈。

第一阶段，咱们叫它“固溶体阶段”。

这一阶段就像是钢铁大力士的准备热身。

你看啊，铁原子和碳原子开始混合，像是亲密的朋友，紧紧相拥。

这个时候，奥氏体在高温下诞生。

哎呀，钢铁就像是在舞会上跳起了舞，轻盈又活泼。

原子们欢快地舞动，彼此交流，整个结构变得松散又有弹性。

想象一下，那种轻松自在的感觉，真是让人羡慕。

然后进入了第二阶段，“亚稳态阶段”。

哦，这时候的大力士可没闲着。

它开始意识到自己需要变得更强壮，哈哈，真是个上进的小伙子。

原子们在高温下继续活动，但逐渐有些不安分了。

就像一群正在排队的小朋友，开始窃窃私语，摩拳擦掌，似乎在计划一场小小的“革命”。

这时候的奥氏体还没有完全稳定，像是在试图找到最合适的舞步，寻找最佳的舞伴。

经过一番折腾，原子们终于找到了最佳的位置，形成了一个更加有序的结构。

接着就是第三阶段，“转变阶段”。

哇，这可是一场大变革啊！随着温度的下降，奥氏体开始冷却，转变成了更坚固的结构。

就像那位大力士终于进入了比赛，必须要变得更强，才能应对挑战。

这个时候，原子们不再懒散，而是像是获得了超级力量，开始重新排列，形成更坚固的珠子结构。

每个原子都在认真地找自己的位置，就像乐队中的乐器，必须协调才能演奏出美妙的旋律。

整个过程虽然艰辛，却又充满了活力。

来到了第四阶段，“成熟阶段”。

哦，亲爱的朋友们，这可算是钢铁大力士的巅峰时刻！这个阶段的奥氏体变得稳重而强大，恍若一位经验丰富的老将。

经过一系列的折腾，原子们终于找到了稳定的位置，形成了坚韧的马氏体。

这个时候的钢铁不再是那种松散的结构，而是变得坚固无比。

就像经过锻炼的拳击手，走上擂台，心中满是自信。