第六章 钢的过冷奥氏体转变图

1、1第六章第六章钢的过冷奥氏体转变图钢的过冷奥氏体转变图2 用来描述转变开始和转变终了时间、转变产物和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，转变量与温度、时间之间的关系曲线，称为称为过冷奥氏过冷奥氏体等温转变曲图体等温转变曲图。（C曲线、曲线、TTT图、图、IT图）图）（一）过冷奥氏体等温转变图的建立（一）过冷奥氏体等温转变图的建立l将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下的一定温度，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称为进行等温，在等温过程中所发生的相变称为等温转变等温转变。l测量转变的方法很多，金相法、硬度法、膨胀

2、法、磁测量转变的方法很多，金相法、硬度法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。性法、电阻法、热分析法等。l通常用金相硬度法和膨胀法配合使用，利用过冷奥氏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形态或物理性能的变化进行测定。体转变产物的形态或物理性能的变化进行测定。一、过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图3试样：试样：1015mm，厚，厚1.52mm，具有相同的原始组，具有相同的原始组织（可通过退火或正火获得）。织（可通过退火或正火获得）。奥氏体化：奥氏体化：所有试样均在相同条件下进行奥氏体化，所有试样均在相同条件下进行奥氏体化，要求奥氏体的化学成分均匀一致。要求奥氏体

3、的化学成分均匀一致。等温转变：等温转变：将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温浴炉中保温一系列时间。温浴炉中保温一系列时间。淬火：淬火：将保温后的试样迅速取出淬入盐水中。将保温后的试样迅速取出淬入盐水中。绘图：绘图：测出给定温度、时间下的转变产物类型、转变测出给定温度、时间下的转变产物类型、转变产物的百分数，并将结果绘制成曲线。产物的百分数，并将结果绘制成曲线。4 Ttt.swf动画动画5（二）奥氏体等温转变图的特点（二）奥氏体等温转变图的特点 开始线以左部分为过冷奥氏体区，转变终了线以开始线以左部分为过冷奥氏体区，转变终了线以右区域为右区域为P或或B区，两

4、条线之间为转变过渡区（区，两条线之间为转变过渡区（A+P或或A+B），水平线），水平线MS为马氏体转变开始温度，为马氏体转变开始温度，MS以下为以下为马氏体区。马氏体区。1 1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期。、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期。 孕育期的长短随等温温度而变，鼻子点处的孕育孕育期的长短随等温温度而变，鼻子点处的孕育最短，即，在此温度奥氏体最不稳定、最易分解。鼻最短，即，在此温度奥氏体最不稳定、最易分解。鼻子点的出现是因为转变的形核及长大均受子点的出现是因为转变的形核及长大均受C原子及原子及Fe原子扩散的控制。原子扩散的控制。62 2、在不同温度下等温具有不

5、同的转变产物、在不同温度下等温具有不同的转变产物（1 1）珠光体转变区）珠光体转变区 A1550 内为内为P转变区，一般为片状，片间距离随温转变区，一般为片状，片间距离随温度降低而减小，屈服强度升高。度降低而减小，屈服强度升高。（2 2）贝氏体转变区）贝氏体转变区 鼻子温度鼻子温度MS为贝氏体转变区，分上贝氏体和下贝氏为贝氏体转变区，分上贝氏体和下贝氏体区。贝氏体转变终了线以右不能得到单一的贝氏体组织，体区。贝氏体转变终了线以右不能得到单一的贝氏体组织，而是贝氏体而是贝氏体+残余奥氏体。残余奥氏体。（3 3）马氏体转变区）马氏体转变区 MS以下为马氏体转变区，直到以下为马氏体转变区，直到Mf。

6、（4 4）珠光体与贝氏体、贝氏体与马氏体可能重叠）珠光体与贝氏体、贝氏体与马氏体可能重叠 这样在某一温度等温，将得到这样在某一温度等温，将得到P+B或或B+M混合组织。混合组织。7（三）奥氏体等温转变图的常见类型（三）奥氏体等温转变图的常见类型1 1、碳钢的基本类型、碳钢的基本类型 只有一个鼻子点，即珠光体转变与贝氏体转变重叠，只有一个鼻子点，即珠光体转变与贝氏体转变重叠，亚（过）共析钢比共析钢多出一个亚（过）共析钢比共析钢多出一个F析出线和析出线和Cem析出线。析出线。82 2、合金钢、合金钢C C曲线的常见类型曲线的常见类型 归纳起来大体上可以分为归纳起来大体上可以分为六种类型。六种类型。

7、（1）具有单一的）具有单一的C字形曲线，字形曲线，即即P与与B转变重叠（与碳素钢转变重叠（与碳素钢相似）。除碳钢以外，含有相似）。除碳钢以外，含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素（非等合金元素（非碳化物形成元素）的钢均属此碳化物形成元素）的钢均属此类。类。（2）具有双）具有双C字形曲线，两字形曲线，两个鼻子在时间轴上相近，在温个鼻子在时间轴上相近，在温度轴上不同，度轴上不同，P与与B部分重叠，部分重叠，如如37CrSi具有这样的具有这样的C曲线。曲线。9（3）、具有双）、具有双C字形曲线，两个鼻子在时间和温度轴上字形曲线，两个鼻子在时间和温度轴上都不相同，都不相同，P与与B部分重叠。部分重叠。

8、1）P转变曲线右移比较显著，转变曲线右移比较显著，20 Cr、40Cr、35CrMn2、40CrMn等。等。2）B转变曲线右移较为显著，转变曲线右移较为显著，GCr15、9Cr2、CrMn、CrWMn等。等。10（4）P与与B转变曲线完全分开转变曲线完全分开1）B转变曲线右移，转变曲线右移，Cr12、Cr12、VW18Cr4V等。等。2）P转变曲线右移，转变曲线右移，5CrNiMo、3Cr2W8、35CrNi3Mo等。等。11（5）只有）只有P转变区而无转变区而无B转变区（转变区（4Cr13)或只有或只有B转变转变区而无区而无P转变区转变区(18CrNiV)。（6）只有一条碳化物析出线，无）只

9、有一条碳化物析出线，无P和和B转变区（奥氏体转变区（奥氏体钢都具有这类曲线）。钢都具有这类曲线）。1213（四）影响奥氏体等温转变图的因素（四）影响奥氏体等温转变图的因素1 1、化学成分、化学成分（1 1）碳含量的影响）碳含量的影响对珠光体部分：亚共析钢，随碳含量的增加对珠光体部分：亚共析钢，随碳含量的增加C曲线右移。曲线右移。 过共析钢，随碳含量的增加过共析钢，随碳含量的增加C曲线左移。曲线左移。对贝氏体部分：随碳含量的增加对贝氏体部分：随碳含量的增加C曲线总是右移的。曲线总是右移的。（2 2）合金元素的影响）合金元素的影响 一般规律：除一般规律：除Co、Al以外，常用的合金元素均增加以外，

10、常用的合金元素均增加过冷奥氏体的稳定性，推迟转变和降低转变速度，使等过冷奥氏体的稳定性，推迟转变和降低转变速度，使等温转变曲线右移，延长过冷奥氏体转变开始和终了时间，温转变曲线右移，延长过冷奥氏体转变开始和终了时间，对对P和和B转变有分离作用。转变有分离作用。Al的作用，对的作用，对B转变与转变与Co相同。相同。14注意：注意：合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用，否则合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用，否则将使奥氏体转变速度加快，将使奥氏体转变速度加快，C曲线左移。曲线左移。 根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同，可以根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同，可以把合金元素分两类：把合金元

11、素分两类： 第一类：非（弱）碳化物形成元素第一类：非（弱）碳化物形成元素Mn、Ni、Cu、Si对过冷奥氏体的影响在性质上与对过冷奥氏体的影响在性质上与C的作用相似，即减慢的作用相似，即减慢P和和B的形成，降低的形成，降低Ms点。点。 第二类：碳化物形成元素，其中大多数减慢第二类：碳化物形成元素，其中大多数减慢F、P形形成的作用大于减慢成的作用大于减慢B形成的作用，同时也降低形成的作用，同时也降低Ms点。点。15A A、CrCr的影响的影响 增加转变的孕育期，使增加转变的孕育期，使P转变部分和转变部分和B转变部分分离，转变部分分离，即即P部分移向高温区，而部分移向高温区，而B部分移向低温区，另外

12、，对部分移向低温区，另外，对B转变的推迟作用大于对转变的推迟作用大于对P转变的推迟作用。转变的推迟作用。B B、NiNi和和MnMn的影响的影响 Ni对对C曲线的形状无影响，使整个曲线向右略下方移曲线的形状无影响，使整个曲线向右略下方移动，降低动，降低Ms点。点。 Mn对高碳钢的对高碳钢的C曲线的影响基本上与曲线的影响基本上与Ni相似，但推相似，但推迟转变的作用大于迟转变的作用大于Ni。Mn对转变终了线的推迟作用更显对转变终了线的推迟作用更显著，即降低了奥氏体向珠光体的转变速度。著，即降低了奥氏体向珠光体的转变速度。16C C、MoMo和和WW的影响的影响 Mo对对P转变有显著的推迟作用，对转

13、变有显著的推迟作用，对B转变的影响较小，转变的影响较小，随随Mo%的增加，的增加，P部分与部分与B部分会分离，部分会分离，Mo降低降低Ms点。点。 W的作用与的作用与Mo基本上是相似的，只是推迟基本上是相似的，只是推迟B转变的转变的作用比作用比Mo要小，若要达到与要小，若要达到与Mo相同的程度，相同的程度，W的含量应的含量应高于高于Mo的一倍。的一倍。D D、B B（硼）的影响（硼）的影响 B对对C曲线有特殊的影响，含微量的曲线有特殊的影响，含微量的B(0.0020.005%)就足以使就足以使F的析出和的析出和P转变显著推迟。转变显著推迟。 B原子吸附在原子吸附在A晶界上，降低了晶界的界面能，

14、从而晶界上，降低了晶界的界面能，从而降低了先共析降低了先共析F和和P的成核率。如果的成核率。如果B原子向原子向A晶内扩散，晶内扩散，使晶界上吸附的数量减少，将使使晶界上吸附的数量减少，将使B的作用明显下降。的作用明显下降。E E、CoCo的影响的影响 对对C曲线的形状无影响，随曲线的形状无影响，随Co%增加增加C曲线左移，曲线左移，Ms升高。升高。17182 2、奥氏体晶粒尺寸的影响、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，加速过冷晶粒愈细小，等温转变的孕育期愈短，加速过冷A向向P的转变，对的转变，对B转变有相同的作用，但不如对转变有相同的作用，但不如对P的作用大，的作用大，

15、相反相反A晶粒粗大将晶粒粗大将C曲线右移。曲线右移。3 3、原始组织、加热温度和保温时间的影响、原始组织、加热温度和保温时间的影响 在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均匀的匀的A，使等温转变曲线右移，使等温转变曲线右移，Ms降低。降低。 当原始组织相同时，提高当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时间，化温度，延长保温时间，将促进碳化物溶解，也会使将促进碳化物溶解，也会使C曲线右移。曲线右移。4 4，塑性变形的影响，塑性变形的影响 无论高温和低温塑性变形，均加速过冷无论高温和低温塑性变形，均加速过冷A的转变。的转变。 原因：原因：未经变

16、形的未经变形的A向向P转变时仅在晶界形核，而变转变时仅在晶界形核，而变形后，过冷形后，过冷A在等温转变时，可出现晶内形核。在等温转变时，可出现晶内形核。19二、过冷奥氏体连续冷却转变图二、过冷奥氏体连续冷却转变图lTTT图反映的是过冷图反映的是过冷A等温转变的规律，可以用来指导热处理等温转变的规律，可以用来指导热处理工艺的制定。工艺的制定。l在实际热处理中，很多热处理工艺都是在连续冷却条件下进在实际热处理中，很多热处理工艺都是在连续冷却条件下进行的，如淬火、正火、退火等。行的，如淬火、正火、退火等。l可以利用可以利用TTT图来分析连续冷却时过冷图来分析连续冷却时过冷A的转变过程，但这种的转变过

17、程，但这种分析只能是粗略的估计，有时甚至可以得出错误的结果。分析只能是粗略的估计，有时甚至可以得出错误的结果。l实际上在连续冷却时，过冷实际上在连续冷却时，过冷A是在一个温度范围内发生转变的，是在一个温度范围内发生转变的，所以人们很早就开始对过冷所以人们很早就开始对过冷A在连续冷却条件下的转变形为，在连续冷却条件下的转变形为，并试图用图形的方式来描述这一过程。并试图用图形的方式来描述这一过程。 连续冷却转变图通常称为连续冷却转变图通常称为CCT图（图（Continuous Cooling Transformation)20（一）（一）CCTCCT图的建立图的建立 测定测定CCT图一般说来是比较

18、复杂的，最常用的方法图一般说来是比较复杂的，最常用的方法是综合热分析、金相、硬度和膨胀法等多种方法一同，是综合热分析、金相、硬度和膨胀法等多种方法一同，测定某种钢的连续冷却转变图。测定某种钢的连续冷却转变图。 试样为试样为310mm ，在试样上焊上，在试样上焊上0.1mm的的Pt-PtRh温差热电偶，用一组试样加热温差热电偶，用一组试样加热A化后，以不同的速化后，以不同的速度连续冷却，用快速膨胀仪，测量在冷却过程中试样长度连续冷却，用快速膨胀仪，测量在冷却过程中试样长度的变化，找出转变开始和终了的温度和时间，及最终度的变化，找出转变开始和终了的温度和时间，及最终获得的硬度值。将不同冷却速度下的

19、转变开始和终了点获得的硬度值。将不同冷却速度下的转变开始和终了点连接起来，即得到了连续冷却转变曲线。连接起来，即得到了连续冷却转变曲线。Cct.swf动画动画21222324( (二二) )连续冷却转变图的特点及其与等温转变图的关系连续冷却转变图的特点及其与等温转变图的关系 1、共析碳钢和过共析碳钢的连续冷却转变图，只、共析碳钢和过共析碳钢的连续冷却转变图，只有高温区的有高温区的P转变和低温区的转变和低温区的M转变，而无中温区的转变，而无中温区的B转转变，亚共析碳钢可以有变，亚共析碳钢可以有B转变。亚共析钢和过共析钢有转变。亚共析钢和过共析钢有先共析相先共析相F和和Cem析出线，由于先共析相的

20、析出，可以析出线，由于先共析相的析出，可以改变改变A的的C含量，从而使随后在低温区发生含量，从而使随后在低温区发生M转变的转变的Ms发生相应的变化。发生相应的变化。 2、合金钢的、合金钢的CCT图，可以有图，可以有P转变无转变无B转变或只有转变或只有B转变无转变无P转变等多种不同的情况，具体的情况由加入转变等多种不同的情况，具体的情况由加入的合金元素种类和数量而定。的合金元素种类和数量而定。 3、在等温条件下合金元素推迟过冷、在等温条件下合金元素推迟过冷A的等温转变，的等温转变，在连续冷却条件下，合金元素也降低过冷在连续冷却条件下，合金元素也降低过冷A的转变速度，的转变速度，使使CCT曲线右移

21、。曲线右移。25 4、A晶粒度对晶粒度对CCT图的影响规律是，图的影响规律是，A晶粒粗大晶粒粗大CCT图移向右下方。图移向右下方。 5、连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方。、连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方。这说明连续冷却转变的温度低，孕育期长。这说明连续冷却转变的温度低，孕育期长。 6、不论、不论P转变，还是转变，还是B转变的连续冷却转变曲线，转变的连续冷却转变曲线，都只有相当于都只有相当于C曲线的上半部分。曲线的上半部分。 7、连续冷却时，在一定的冷却条件下，、连续冷却时，在一定的冷却条件下，A在高温区在高温区的转变不能完成，余下的的转变不能完成，余下的A则在中温区及低温的则

22、在中温区及低温的M转变转变区继续转变，最终得到混合组织。由于在高温和中温区区继续转变，最终得到混合组织。由于在高温和中温区的转变，会改变余下的转变，会改变余下A的的C含量，从而使含量，从而使Ms发生相应的发生相应的变化。变化。2627三、钢的临界冷却速度三、钢的临界冷却速度 临界冷却速度：临界冷却速度：连续冷却时，在某几个特定的冷却连续冷却时，在某几个特定的冷却速度下，所得到的组织将发生突变，这些冷却速度称为速度下，所得到的组织将发生突变，这些冷却速度称为临界冷却速度。临界冷却速度。（一）连续冷却图中的临界冷却速度（一）连续冷却图中的临界冷却速度 在实际生产中，为了使钢件在淬火后得到完全的在实

23、际生产中，为了使钢件在淬火后得到完全的M组织，应使组织，应使A从淬火加热温度到从淬火加热温度到Ms点的冷却过程中不发点的冷却过程中不发生分解。为此，钢件的冷却速度应大于某一临界值，此生分解。为此，钢件的冷却速度应大于某一临界值，此临界值称为临界淬火速度，一般又称为临界冷却速度，临界值称为临界淬火速度，一般又称为临界冷却速度，用用Vc表示。实际上是获得表示。实际上是获得100%M转变的最小的冷却速转变的最小的冷却速度。度。282930( (二二) )影响临界冷却速度的因素影响临界冷却速度的因素 凡影响凡影响A稳定性、影响稳定性、影响CCT曲线形状的因素均影响曲线形状的因素均影响VC，使曲线右移的

24、均降低，使曲线右移的均降低VC，左移的均使，左移的均使VC提高。提高。1 1、碳含量、碳含量 低碳钢随低碳钢随C含量增加，含量增加，VC显著降低，但在显著降低，但在0.31.0%范围内，范围内，VC下降的不多。下降的不多。C%1.0%后，随后，随C含量的增含量的增加，加， VC增高。增高。2 2、合金元素的影响、合金元素的影响 除除Co以外，大部分合金元素溶入以外，大部分合金元素溶入A中，都增加中，都增加A的的稳定性，使稳定性，使VC下降；若未溶入下降；若未溶入A中，以碳化物形式存在，中，以碳化物形式存在，则会使则会使VC升高。升高。313 3、A A晶粒度的影响晶粒度的影响 随随A晶粒尺寸增大，晶粒尺寸增大， VC 减小，对受减小，对受P转变制约的转变制约的VC 影响较大，而对受影响较大，而对受B转变制约的转变制约的VC 影响较小。影响较小。4 4、A A化温度的影响化温度的影响 A化温度升高，化温度升高，A的合金化程度增大，稳定性升高，的合金化程度增大，稳定性升高，从而使从而使VC 降低。降低。5 5、A A中非金属夹杂物和稳定碳化物中非金属夹杂物和稳定碳化物 硫化物、氧化物、氮