钢的冷却转变

§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。

钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变是一个非常重要的过程，它决定了钢的力学性
能和使用寿命。

这个过程可以被分为三个阶段：
第一阶段：初次冷却
在初次冷却阶段，钢的组织会发生初步的变化。

当温度降到钢的临界
温度以下时，钢中的所有组织都会开始转变。

这个过程是不可逆的，
一旦开始就不能停止。

第二阶段：持续冷却
在持续冷却阶段，钢的组织会进一步变化。

随着温度的降低，钢中的
残留奥氏体会逐渐转变为贝氏体。

这个过程会在几个小时内完成，然
后钢的组织就会保持不变，直到它被重新加热。

第三阶段：再次加热
在再次加热阶段，钢的组织会重新发生变化。

当温度达到一定程度时，钢中的组织开始再次转变，从贝氏体转变为奥氏体。

这个过程同样是
不可逆的。

以上就是钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程。

需要注意的是，在这个过程中，钢的组织变化是不可逆的，因此加热和冷却的过程必
须严格控制。

如果温度过高或过低，会导致钢的力学性能和使用寿命
都受到影响。

奥氏体化是钢的热处理重要的第一步。

在此基础上，在后续的冷却过程中可以通过控制过冷奥氏体分解，从而获得不同的组织。

钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。

在热处理生产中，钢制奥氏体化后通常有两种冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。

过冷奥氏体——在临界点以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。

第三章钢在冷却时的转变（过冷奥氏体分解）冷却条件的不同，过冷奥氏体可通过不同机制进行转变而获得完全不同的组织。

三种转变：珠光体、贝氏体、马氏体转变（1）珠光体转变：以缓慢速度冷却时，发生分解的过冷度很小，过冷奥氏体在高温下有足够的时间进行扩散分解，转变为近于平衡的珠光体型的组织。

扩散型相变这种冷却速度相当于炉冷或空冷的冷却方式，热处理生产上成为退火或正火。

（2）贝氏体转变——当冷却速度很快时，可以把奥氏体过冷至较低温度，此时碳原子尚可进行扩散，但铁原子不能进行扩散，奥氏体只能转变为贝氏体。

半扩散型相变（3）马氏体转变——当采用更快的冷却速度时，奥氏体迅速过冷至不能进行扩散分解的低温M S点以下，此时只能得到马氏体。

非扩散型相变。

这种冷却方式相当于水冷方式，生产上叫淬火。

过冷奥氏体分解同样是一个点阵重构和碳的扩散过程，也是一个形核和长大的过程。

§3.1 过冷奥氏体等温转变图§3.2 过冷奥氏体连续冷却转变图及应用§3.1 过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图的建立将奥氏体迅速冷至临界温度以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变称为过冷奥氏体等温转变。

测定过冷奥氏体等温转变图的方法有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法等。

将若干共析碳钢小试样加热到奥氏体状态，保温一定时间后迅速冷却到A1点以下不同温度，例如700℃、650℃、600℃等，随后在各温度下保温，每经过一定时间取出一个试样立即淬入盐水中，使未转变的奥氏体转变为马氏体。

其中马氏体为白色，分解产物为黑色。

十塚尤邯I十樓碳体I珠光体庶 C (%)―-2 •奥氏体的形成钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程形核长大残余渗碳体溶解均匀化共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化亚共析钢奥氏体化：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。

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A i以下时（A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。

1 •奥氏体的等温转变奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。

这是一种不稳定的过冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转变为稳定的新相。

这种转变就称为奥氏体的等温转变。

［等温冷却转变］:钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点（Ar i或A®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 1ransformation ”，又称为“C 曲线”。

iio ~io^~io 3~~io 1 ~io 5z/s共析钢等温转变曲线图等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在 A i 线以下不同温度进行等温转变 所获的产物。

1/1钢在冷却时的组织转变常识钢进行热处理冷却的目的是获得所需要的组织和性能，这需要通过采用不同冷却方式来实现。

冷却方式不同转变的组织也不同，性能差异较大。

奥氏体冷却至A1以下温度时将发生组织转变（A1温度以下还存在的不稳定奥氏体通常称过冷奥氏体）。

钢的冷却方式分为等温冷却和连续冷却。

等温冷却的组织转变形式1.奥氏体的等温转变对过冷奥氏体（即：奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下还未转变的奥氏体）经过一段时间的等温保持后转变为稳定的新相。

这种转变过程就称为奥氏体的等温转变。

2.等温冷却转变钢经奥氏体化后迅速冷却至临界点Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。

等温冷却的组织转变产物与性能1.A1～550℃也称高温转变，获片状珠光体型（F+P）组织，按转变温度由高到低的顺序，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体；片层间距由粗到细，趋势是：片层间距越小，塑性变形阻力越大，强度和硬度越高1)A1～650℃获粗片状珠光体金相组织2)650～600℃获细片状索氏体金相组织3)600～550℃获极其细片状的托氏体金相组织2.550℃～M S 也称中温转变，获贝氏体型组织（过饱和的铁素体和碳化物组成，有上贝氏体和下贝氏体之分。

）1)550～350℃获羽毛状上贝氏体金相组织2)550℃～M S获黑色针状下贝氏体金相组织（这种组织强度和韧性都较高）3.M S线温度以下连续冷却时，过冷奥氏体发生转变获得马氏体组织，马氏体内的含碳量决定着马氏体的强度和硬度，总的趋势是随着马氏体含碳量的提高，强度与硬度也随之提高；高碳马氏体硬度高、脆性大，而低碳马氏体具有良好的强度和韧性。

连续冷却的组织转变过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度连续下降发生组织转变。

连续冷却有炉冷、空冷、油冷、水冷四种最为常用的连续冷却方式1)炉冷冷速约10℃/min，产生新相为珠光体，如退火的冷却2)空冷冷速约10℃/s，产生新相为索氏体，如正火的冷却3)油冷冷速约150℃/s，产生新相为托氏体+马氏体，如油淬4)水冷冷速约600℃/s，产生新相为残余奥氏体+马氏体，如水淬（残余奥氏体的存在降低了淬火钢的硬度和耐磨性，也会因零件在使用过程中残余奥氏体会继续转变为马氏体，从而使工件变形；一些重要精密的零件通常会通过把淬火后的工件冷却到室温以下并继续冷却到－80～－50℃来减少残余奥氏体含量的存在）。

钢的冷却转变曲线
钢的冷却转变曲线是钢经历升温到一定温度后开始冷却的过程中，其温度和时间之间的关系曲线。

钢的冷却转变曲线通常包括以下几个重要阶段：
1. 加热阶段：钢材在室温下开始加热，温度逐渐升高。

2. 相变阶段：当钢材达到一定温度时，会经历相变过程。

对于大多数碳钢而言，这个温度称为临界点。

在相变过程中，钢材的晶体结构发生改变，由面心立方(fcc)结构转变为体心立方(bcc)结构。

这个相变过程会伴随着吸热，导致温度暂时停滞
或上升。

3. 冷却阶段：在相变结束后，钢材开始迅速冷却。

冷却速率会影响钢材的硬度和组织结构。

较快的冷却速率可以产生较硬的材料，而较慢的冷却速率则会产生较软的材料。

4. 马氏体形成阶段：当钢材冷却到一定温度以下时，会发生马氏体形成的过程。

马氏体是一种具有高硬度和强度的组织结构，通常通过淬火来加速形成。

5. 冷却结束阶段：钢材冷却到室温后，冷却转变曲线结束。

此时钢材的组织结构和硬度已经固定。

钢的冷却转变曲线可以根据具体合金元素的含量、冷却速率以及处理工艺等因素而有所不同。

不同的冷却转变曲线可以满足
不同的应用要求，例如制备具有不同硬度、韧性和抗腐蚀性能的钢材。

钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变，这个话题一听就觉得有点儿专业，但其实挺有意思的。

想象一下，把一块热乎乎的钢铁放在水里，哇，那一瞬间就像是给它来了个“冰桶挑战”。

这时候，钢的内部结构开始忙碌起来，简直是个小工厂在快速运转呢。

钢铁的成分和冷却的速度就像人类的性格一样，各有各的特点，慢慢来和快刀斩乱麻的效果完全不同。

你知道吗，钢的冷却就像是一个舞蹈。

刚开始的时候，热气腾腾的钢像个热情的舞者，随着温度的降低，它的舞姿开始发生变化。

一开始是那种流畅的感觉，冷却得慢，结晶的过程很优雅，像是优雅的芭蕾舞。

但要是冷却速度快，就变成了“急转弯”，结晶过程就会产生一些小麻烦。

就好比一位舞者突然摔了一跤，哎呀，这样可不行，得赶紧调整姿势。

这样的变化就是钢中不同组织的转变。

说到这里，不能不提到钢铁的几种常见组织。

淬火钢就像是小鸟展翅高飞，给人一种强烈的感觉，硬度特别高，抗压能力也很棒，感觉随便能拎起一座楼来。

而如果是退火钢，哎呀，那就像是刚睡醒的懒猫，软软的，温柔得很，弹性好得让人感到惊讶。

它的处理过程就像是给钢铁做了个全面的“水疗”，恢复了活力。

这些不同的组织变化决定了钢铁的性格，真是“千姿百态”啊！冷却过程中还有一些意想不到的“小秘密”。

比如说，冷却得太快，内部就容易出现“裂纹”。

这就像是泡泡糖吹得太大，啪一声，唉，不小心破了。

钢铁的结构如果不稳固，使用时就很容易出问题，真是“前怕狼，后怕虎”。

所以，控制冷却速度就像做菜，要火候掌握得当，才能煮出美味的佳肴。

再说说，这些冷却后的组织对钢的性能影响可大了。

比如说，马氏体组织就像个小强，无论怎样都很难被击倒，硬度和强度都出奇地高。

而珠光体组织呢，就像个聪明的家伙，柔韧性好，耐磨损，使用范围广，感觉就像是“百搭”的衣服，哪里都能穿。

这样的性能差异让钢铁在各种应用中都有了“定制”的可能，真是让人佩服。

除了这些物理性质，钢的冷却过程还和实际应用息息相关。

在建筑中，钢铁的强度关系到整个大厦的安全，工业设备中的钢材性能更是直接影响到生产效率。