过冷奥氏体的等温冷却转变曲线

《机械制造技术基础》教案教学内容: 钢在加热和冷却时的组织转变教学方式：结合实际, 由浅如深讲解1．教学目的:2．掌握钢在加热时组织转变——钢的奥氏体化；3．明确过冷奥氏体的等温转变；4．掌握冷奥氏体连续冷却转变。

重点、难点: 钢的奥氏体化过冷奥氏体的等温转变冷奥氏体连续冷却转变教学过程:1.3 钢的热处理热处理: 采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。

热处理的分类:1. 整体热处理: 对工件整体进行穿透加热的热处理, 如退火、正火、淬火、回火等。

2．表面热处理：仅对表面进行热处理的工艺, 如火焰淬火、感应淬火等。

3．化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温, 使一种或几种元素渗入它的表层, 以改变其化学成分、组织和性能的热处理, 如渗碳等。

钢的热处理过程包括加热、保温和冷却三个阶段。

其主要工艺参数是加热温度、保温时间和冷却速度。

1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变1.3.1.1钢在加热时组织转变Fe-Fe3C相图相变点A1.A3.Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。

但在实际生产中, 加热和冷却并不是极其缓慢的, 因此, 钢的实际相变点都会偏离平衡相变点。

即: 加热转变相变点在平衡相变点以上, 而冷却转变相变点在平衡相变点以下。

通常把实际加热温度标为Ac1.Ac3.Accm、Ar1.Ar3.Arcm。

如图6-1所示。

图6-1 钢在加热、冷却时的相变温度钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变, 加热到Ac3和Accm以上时, 便全部转变为奥氏体, 这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。

1）1. 奥氏体的形成2）珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。

由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物, 铁素体与渗碳体的晶包类型不同, 含碳量差别很大, 转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。

下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程, 如图4－2所示。

端淬法测定CCT图

端淬法是以往应用比较多的方法之一。端淬试验时，试样各横
3．合金元素的影响
合金元素对TTT图形状的 影响很大。 一般说来，除钴 和铝以外的元素均使C形曲线 右移，即增加过冷奥氏体的 稳定性。其中碳的影响较为 特殊，碳含量在0.8—1.0％， C形曲线处于最右侧，高于或 低于这一含量时，曲线均向 左移动。其中共析碳素钢的 过冷奥氏体相对其它碳素钢 来说是最稳定的。铬含量增 加，珠光体转变移向高温， 而贝氏体转变则向低温移动， 且使贝氏体转变推迟。钨、 钼的作用与此类似。镍和锰 是扩大Fe—c相图中奥氏体区 的元素，使过冷奥氏体的转 变向低温移动。
钢的过冷奥氏体转变动力学图就是研究某一成分的钢的 过冷奥氏体转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。 显而易见，在人们的生产实践中更多遇到的是非平衡条件 的相变，因此，掌握过冷奥氏体的非平衡冷却条件下的转 变规律，不仅大大深化了对其本质的认识，而且对热处理 生产的指导意义也更为直接。
本章的主要内容是在加热转变、珠光体转变、贝氏体转 变以及马氏体转变的基础上，对过冷奥氏体的转变动力学 进行综合的讨论。主要介绍过冷奥氏体等温转变动力学图 及连续冷却转变动力学图，并探讨它们在实际应用中的价 值，以及这两种动力学图之间的内在联系.
4、其它影响因素
—般说来，形变会使奥氏体晶粒细化，或者增加亚结构。 因此，形变通常使C形曲线左移。
此外，奥氏体均匀化程度对TTT固的C形曲线位置也有 影响。奥氏体成分越均匀，新相形核及长大过程中，所 需扩散时间就越长,曲线因此会右移。
显而易见，钢材成分不同，钢中所含元素的种类及数 量就不同，TTT图的形状及位置就不向。另外，热处理 工艺条件不同，合金元素的分布状态不同，奥氏体晶粒 尺寸及均匀化程度就不同，TTT图也有差异。在应用 TTT图应注意这个问题。

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 向 P的 晶粒愈细小，等温转变的孕育期愈短，加速过冷A向 的 晶粒愈细小 转变； 转变有相同的作用， 的作用大； 降低。 转变；对B转变有相同的作用，但不如对 的作用大； Ms降低。 转变有相同的作用 但不如对P的作用大 降低
பைடு நூலகம்
字形曲线（ （2）双C字形曲线（两个鼻子在时间和温度轴上都不相 ） 字形曲线 部分重叠） 同，P与B部分重叠）。 与 部分重叠
1）P转变曲线右移比较显著，20Cr、40Cr、35CrMn2等。 ） 转变曲线右移比较显著 转变曲线右移比较显著， 、 、 等 2）B转变曲线右移较为显著，GCr15、9Cr2、CrMn等。 ） 转变曲线右移较为显著 转变曲线右移较为显著， 、 、 等
3、加热温度和保温时间的影响 、
当原始组织相同时，提高 化温度 化温度， 当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时 将促进碳化物溶解，也会使C曲线右移 曲线右移。 间，将促进碳化物溶解，也会使 曲线右移。
a)843.5℃ 奥氏体化，晶粒度 ℃ 奥氏体化，晶粒度No9 b)1065.6 ℃奥氏体化，晶粒度 奥氏体化，晶粒度No3
四、TTT图的应用举例 TTT图的应用举例 1、分级淬火：表面和心部温度一致。 分级淬火：表面和心部温度一致。
2、等温淬火：获得下贝氏体。 等温淬火：获得下贝氏体。
3、退火和等温退火：珠光体转变。 退火和等温退火：珠光体转变。
4、形变热处理 ：将形变强化和热处理强化结合。 将形变强化和热处理强化结合。
（一）TTT图的建立 TTT图的建立 测量转变的方法很多，如金相法、硬度法、 测量转变的方法很多，如金相法、硬度法、 膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。 膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。 通常用金相硬度法和膨胀法配合使用， 通常用金相硬度法和膨胀法配合使用，利 用过冷奥氏体转变产物的组织形态或物理性能 的变化进行测定。 的变化进行测定。

共析钢奥氏体等温相变C曲线
参考硬度HRC：
珠光体：10～20HRC
屈氏体：细珠光体——过冷奥氏体冷却到350~ 500℃回火左右形成的片间距约为300~800nm的珠光体。

33HRC
索氏体：在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体
(GB/T7232标准)。

其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁素体与渗碳体的双相混合组织，其层片间距较小（250～350nm）。

28HRC
下贝氏体：55~60HRC
上贝氏体：40~44HRC
马氏体：63 HRC（马氏体：中碳45~60(与含碳量有关系)、低碳30~45(与含碳量和合金成分有关系)、高碳60~65）
奥氏体分解温度与转变产物的硬度关系
奥氏体分解温度（℃）组织名称分解产物硬度（HRC） 717 粗片珠光体7
704 片状珠光体 15
675 细片状珠光体 22
648 索氏体 28
593 屈氏体 33
450 上贝氏体 44
300 下贝氏体 55
200 马氏体 63。