第十九章过冷奥氏体转变图

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奥氏体等温转变PPT课件

珠光体转变是扩散型转变。
11
珠光体转变
12
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13 体.
⑴ 珠光体：形成温度为A1-650℃，片
层较厚（d>4μm），500 倍光镜下可辨，用符号P表示.
三维珠光体如同放在水中的包心菜
光镜下形貌
电镜下形貌
上贝氏体
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).
下贝氏体
19
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。
20
2019/10/25
14
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。 15
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。
电镜形貌
光镜形貌
16
珠光体
索氏体
托氏体
孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃。
8
在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生高温（珠光体）转变、中温（贝氏体）转变和低温（马氏体）转变三种类型转变:
9
过冷奥氏体的高温（珠光体）转变在 A1到 550℃间，原子的扩散能力较强，
即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马

钢的过冷奥氏体转变图

(1) 普通退火和等温退火
普通退火时，可借助 IT 图确定钢在慢冷时大致的转变温度范围和所需的冷却时间；
等温退火时，可直接从 IT 图上确定所需的等温温度和等温时间，并可估计出其应得的组织。
FP B
M
普通退火、等温退火与IT图的关系
6.3.2 IT图与CT图的应用
Cr对中、高碳钢IT图的影响
(a) 含0.5%C (b)含1.0%C
Mo的影响。Mo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。Mo对非共析钢先共析产物(铁素体或渗碳体)析出的速度也有抑制作用。
W的影响与Mo相似。但只有当W量较多时(＞1.0 ％)才能使珠光体和贝氏体的转变曲线明显分离。
连续冷却过共析钢中不会出现贝氏体！
87 6 5 4 3 2 1
9
11 10
Fe3C+P
P伪 M=Ar
P伪+M+Ar
1.03%C过共析钢的CT图
6.2.3 CT图的基本类型
A1
CT图的基本类型
6.3 IT图与CT图的比较和应用
6.3.1 IT图与CT图的比较
连续冷却转变比等温转变的温度要低，孕育期要长。
（四）塑性变形
无论在高温(指奥氏体稳定区)还是低温(指奥氏体亚稳定区) 下对奥氏体进行塑性形变，由于形变可促使碳和铁原子的扩散，因而将加速珠光体的转变，使形成珠光体的孕育期缩短；
对贝氏体转变的影响表现为高温(奥氏体稳定区)塑性形变对之有减缓作用，使形成贝氏体孕育期延长；而低温(奥氏体亚稳区)塑性形变对之有加速作用，则孕育期缩短。
1. 金相－硬度法
将一组被测钢的试样(通常 Ф15×3mm)加热至奥氏体化温度并保温后，自奥氏体状态以一定速度冷至指定的温度 T1 、 T2 、 T3… 后计时，立即淬入水中，将所对应温度的组织状态固定到室温。

过冷奥氏体等温转变过程及转变产物 PPT分享

成芳、结构都与之相差很大 ·体和铁繁体。可几典民体交属于扩焦犁相寰。
S 2O-30HRC T 21)、40HRC
B1:
40-、.50 HRC
50-ωHRC
A-M
M" A'
伪、~5 HRC
薛小怀圃敏捷
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薛小怀圃敏捷
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热处理4、讲.:!lt:过:.奥民体等温转变过程及转变产，跑回叮分享
大时必然要后1 顶'宙的A 中排挤出乡余的萄炭，宵起相邻的 A碳
这又必产生新的 Fe3C创造了条件。如此交替 A就转型运成F和 Fe3C泞，层相间的 P组织。
薛小怀圃敏捷
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薛小怀圃敏捷
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钢的过冷奥氏体转变图PPT课件

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
●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依据之一。
一.IT图的建立
●常用的方法有: 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～ 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。
Fe、C原子扩散速度的制约。
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
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

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。

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。

过冷奥氏体转变图

过冷奥氏体转变图第一节过冷奥氏体等温转变图一、 TTT的测定（Temperature –Time - Transformation）1．测定方法金相法：珠光体、贝氏体、马氏体转变产物具有不同的形貌硬度法：与金相法配合使用磁性法：奥氏体—顺次性，转变产物—居里值以下为铁磁性电阻法：电阻与晶体缺陷浓度有关，测定开始线十分有效膨胀法：奥氏体比容最小后三种方法一样采纳比较法分析AR图5-1 亚、共析碳钢的TTT2．金相法简介过冷奥氏体在某一温度下等温一段时刻，使A R 部分或全部转变，再急冷，使未转变奥氏体转变为马氏体。

试样：Φ10-15mm ，δ1.5mm ，加热及等温均在盐浴中进行。

奥氏体化温度保温15分钟 2%、5%，98%，迅速淬入盐水二、典型TTT 曲线分析先分析转变开始线，珠光体/贝氏体转变开始和终了线，Ms 线。

三、TTT 曲线的类型A ——两组C 曲线完全重迭（亚共析碳钢、含非碳化物形成元素Ni 、Cu 、Si 、<1.5%Mn 的合金钢）B ——两组C 曲线部分重迭，但2个鼻子时刻差不多相同（不常见），如37CrSi C ——同上，但两组C 曲线鼻子对应的时刻有差异。

GCr15、9Cr 、9Cr 2、CrMn 、CrW 、CrWMn （P 的时刻短）；20Cr 、40Cr 、12Cr 2Ni 4、40CrNi 、35CrMo 、40CrMn （B 的时刻短）（含少量碳化物形成元素）D ——两组C 曲线完全分离，P 明显右移。

45Cr 3、40Cr 2Ni 4、35CrNi 3Mo 、5CrNiMo 、5CrNiMoV 、3Cr 2W 8E —— B 明显右移。

Cr 5MoV ，Cr 12，Cr 12MoV ，W 18Cr 4F ——两组C 曲线强烈右移，0℃»Ms℃，室温以上只有碳化物析出线。

图5-2 TTT 图的差不多类型4Cr14Ni14W2Mo四、TTT曲线的阻碍因素（1）成分阻碍亚共析钢：C%↑，右移。

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转变温度
速度与转变温度之间
A1 D
性同时受两个因素所
控制：新、旧相自由能差ΔG ，原子扩散能力D。
0 转变速度
ΔG
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图

在鼻尖以上, 过冷度小,
相变驱动力ΔG小。扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。高温下，ΔG 起主导作用；低温下 D 起主导作用。
温度 / ℃
800
700
600 500
1150℃奥氏体化 γ+P
P
γ γ+B Ms α′
25% 50% 70%
400
300 200 100 0 1 10 102 103 104
105
时间 / s 3Cr2W8（0.34%C, 2.86%Cr, 8.12%W, 0.38%Mn, 0.31%Si,0.17%V）的TTT图
的保温过程中转变量
与转变时间的关系曲
线。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
因其形状呈“C”形，过冷奥氏体等温转变曲线又称C 曲线、 TTT曲线或IT曲线。
TTT——Time-Temperature-Transformation IT——Isothermal Transformation
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
900
② B转变曲线 “鼻尖”距纵轴较近。含少量碳化物形成元素的亚共析钢，如 20Cr, 40CrMn, 40Cr 、 35CrMo 等具有该类曲线。
800
700 600
850℃奥氏体化 Ac3 γ+α γ+P P Ac1
温度 / ℃
γ
γ+B Ms α′
⑴取若干组试样加热并充分奥氏体化。
⑵将试样分组淬入低于A1 点的不同温度的盐浴中，保温一定时间。
⑶将试样逐个淬入水中，使未转变奥氏体转变为马氏体，故马氏体量即为未转变奥氏体量。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
100
转变量 / %
⑷用金相法测定每个
试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。 ⑸将各温度下转变开始时间及终了时间标

影响过冷奥氏体转变曲线的因素；
本章学习难点：

影响过冷奥氏体转变曲线的因素；
冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
共析钢 C 曲线

过冷奥氏体等温转变曲线是表示奥氏体急速冷却到临界点A1
以下在各不同温度下
测定转变曲线的。
优点：每测一个温度的等温转变只需一个试样，
适合于确定不同转变量所需的时间。
缺点：所用小试样（通常为φ3~5×30~50mm的圆
柱）测定的转变百分数准确性不高。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
3、电阻法奥氏体转变时
电阻值→
奥氏体
试样进入等温浴槽
利用过冷
孕育期
出现的电阻变
化来表征珠光体或贝氏体等温转变。
0 转变速度转变温度 A1 D

在鼻尖以下，温度较低，
ΔG

第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变

产物。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
三、过冷奥氏体等温转变曲线的基本类型过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多样，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部有先共析相析出线。
的化学成分、奥氏体的状态等。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
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。
Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。

亚共析钢：过冷奥氏体等温转变曲线中的铁素
体-珠光体转变部分随奥氏体中含碳量增加逐渐
向右移。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
下处于不稳定状态的奥氏体称过冷奥氏体。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图

水平线A1表示钢的临界温度， A1以上是奥氏体的稳定区。转变开始点的连线称转变开始线，转变终了点的连线称转变终了线。
温 A 度 1
过冷奥氏体 A→P
A
奥氏体稳定区
P
转变终了线

B
转变开始线
A→B
MS
具有单一的“ C”型曲
线，各种亚共析碳钢及非碳化物形成元素
（Si、Ni、Cu、＜
1.5%Mn）的低合金钢
具有A型TTT图。
共析碳钢的TTT图
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
2、B型TTT图
温度 / ℃
800 700 600 500 400 300 200 100
A1
γ+α γ γ+B Ms α′ 奥氏体晶粒度8#
Ms α′
1 10 102 103 104 105 106
200
100 0
时间 / s 4Cr13（0.44%C, 13.2%Cr, 0.3Si, 0.35%Mn）的TTT图
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
四、影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多
样，影响其形状和位置的因素很多，主要有钢
奥氏体稳定区
孕育期
A→P
P
B
A→B
MS
转变区

转变产物区

A→M
Mf
M
转变产物区
时间
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。共析钢为550℃。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
过冷奥氏体等温
转变的孕育期、转变具有极值的原因，是因过冷奥氏体的稳定
80 60 40 20 0 t3 t2 t3 t1
(a)
温度 →
2
3
3
1 2
4
1
t1 t2
t3 t4
在温度—时间坐标中，
并分别连线。
4
Ms
(b) 时间 →
5s
10s 30s
650 550
2s
40s
2s 5s
10s
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图

一般将奥氏体转变量为1~3%所用的时间定为转变开始时间，而把转变量为 98%所需的时间定为转变终了时间。
里温度点以下均是铁磁性的，磁性法就是利用
转变时所伴有的磁性变化来测定转变曲线的。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
二、过冷奥氏体等温转变曲线的分析
过冷奥氏体：如果将奥氏体状态的钢冷却
至A1温度以下，此时奥氏体的自由能比铁素体
与渗碳体两相混合物的总自由能还高，处于热
力学不稳定状态，有发生分解、向珠光体或其它组织转变的趋势。因此，将低于临界温度A1
一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立

测定方法：金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、
热分析法。

测定原理：利用过冷奥氏体转变产物的组织形态
和物理性能变化测定。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
1、金相法
试样制备：
将钢材加工成尺寸为φ10×1.5mm的圆片试样，
分成若干组，每组5~10个。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
1000 900 800
A1K
Cem+P
Ac1e P Ac1b
温度 / ℃
700
600
500 400 300
cem
γ+B Ms
50%
B
200
100 0
α′
1 10 102 103 104 105 106
时间 / s Cr12（2.08%C, 11.48%Cr, 0.31Ni, 0.35%Mn, 0.28%Si）的TTT图

转变温度、冷却速度不同，奥氏体将按不同机制转变为不同组织——珠光体、贝氏体、马氏体等。
研究不同冷却条件下钢的奥氏体组织转变规律对于正确制订热处理工艺、合理选材、判别各种非平衡组织乃至研制新材料都具有十分重要的意义。

前

言
本章学习重点：过冷奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义，各温度区域内奥氏体转变产物；过冷奥低体连续冷却转变曲线的特点；
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
500
有的合金过冷奥氏体的珠光体转变受到抑制，在等温时间不长的情况下，其 D 型等温转变图中无珠光体转变曲线而只有贝氏体转变曲线。如 1 8 C r N i W , 35Cr4NiMo。
γ
温度 / ℃
400
Ms
300
γ+B
2% 25% 50% 75% 90%
Ms点与Mf点常通过磁性法或膨胀法来测定。

第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
金相法的优点是可以直接分析显微组织的
变化，但是需要大量的试样（通常约200个），
金相分析操作者必须具备丰富的鉴别显微组织的经验。
第一节过冷奥氏体等温转变曲线——TTT图
2、膨胀法是利用过冷奥氏体转变时发生的比容变化来
第十九章过冷奥氏体冷却转变图
前
言
冷却方式有两种：等温冷却：将钢迅速过冷到临界点 ( A r 1 ) 以下某一温度，并保持在该温度下进行组织转变。连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却到室温，使奥氏体在连续降温的过程种转变。