第二节奥氏体在冷却时的转变

第二节奥氏体在冷却时的转变一、奥氏体在不同冷却方式下的转变二、过冷奥氏体等温转变图三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及性能四、影响C曲线位置和形状的因素五、C曲线的意义和应用六、过冷奥氏体连续冷却转变图简介一、奥氏体在不同冷却方式下的转变按Fe－Fe3C平衡相图进行平衡转变。（二）连续冷却转变奥氏体在一定冷速下进行的转变。冷速不同，得到的组织也不同，最终性能也不同。（一）极其缓慢冷却转变共析钢平衡组织为：亚共析钢平衡组织为：过共析钢平衡组织为：PF+PP+Fe3CⅡ研究过冷奥氏体的冷却转变行为两个工具过冷奥氏体等温转变曲线（TTT）过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT）（三）等温冷却转变将A迅速过冷到A1以下某一温度，保温一定时间，使过冷奥氏体在恒温下完成转变，然后再冷却到室温。过冷奥氏体——在A1以下存在的尚未发生转变的A。（一）TTT曲线的测定采用金相法测定。1.制样：把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样（钻小孔，便于提取），分成若干组。2.

奥氏体化：取一组试样，在盐炉内加热使之完全A化。3.

等温：将A化后的试样快速投入A1以下某一温度的浴炉中进行等温转变，并开始计时。二、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线(TTT曲线)4.

记时：每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中，而后将各试样取出制样，进行金相组织观察。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，就可以得到在该温度下过冷奥氏体的等温转变开始点和转变终了点。

将其余各组试样，用上述方法分别测出不同等温条件下过冷A转变开始和终了时间，最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上，并分别连接起来，即得C曲线。共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线图建立Ttt2tnt1（二）图形分析稳定奥氏体区过冷奥氏体区

过冷

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区半扩散型转变;

贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区无扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf过冷A转变开始线过冷A转变终了线M+过冷AM

（一）珠光体转变(A1～550℃)

A（γ）→P（+Fe3C）(P为片层相间平行排列的机械混合物)全扩散型转变——通过Fe、C原子的扩散和A晶格的改组来实现。三、过冷奥氏体转变产物的组织与性能1.珠光体的转变过程珠光体转变过程示意图AFe3CAFe3CFe3CAP温度/℃A相变层片间距HRC性能A1~650A→P（珠光体）0.6～0.8μm，500×分清10～20随片间距减小，强度、塑、韧性升高650~600A→S（索氏体）0.25μm，1000×分清20～30600~550

A→T（屈氏体）0.1μm，5000×分清30～40２.珠光体转变的组织及性能

索氏体（S）屈氏体（T）珠光体（P）粒状珠光体组织

P除了片状以外，还有粒状P。

Fe3CⅡF

A→B(+Fe3C)，其中相具有一定的碳过饱和度。

过冷A→B上(550℃~350℃)，羽毛状

半扩散型转变——碳原子扩散，铁原子不扩散。

Fe3C以较粗大杆状或片状分布在较宽的F片之间，易发生脆断。硬度HRC40～45，工业上不应用。（１）上贝氏体（二）贝氏体转变(550℃～230℃)1.贝氏体的组织和性能B上显微组织光镜照片A晶界ααFe3CααFe3C上BB上转变过程示意图

Fe3C细小，均匀分布在过饱和F针内，强韧性好，硬度50～60HRC，是工业生产上追求的组织。可采用等温淬火得到。过冷A→B下（350℃~230℃），黑色针状

（2）下贝氏体B下显微组织光镜照片M灰色针状B下黑色针状A'白色块状B下转变过程示意图碳化物碳化物碳化物下B2.B下氏体的转变过程补充资料20Cr粒状贝氏体40Cr上贝氏体40Cr下贝氏体GCr15上贝氏体GCr15下贝氏体马氏体：C在α－Fe中的过饱和固溶体，用M表示。（１）晶体结构体心正方无扩散型转变——仅发生Fe的晶格改组（面心立方→体心正方）

（三）马氏体转变（低于Ms点)

马氏体的组织结构和性能马氏体的晶体结构用c／a的比值反映马氏体的正方度

马氏体形态取决于A中的含碳量。（２）马氏体组织形态板条M（低碳M）与片状M（高碳M）。WC

>1.0%：片状M0.2％<WC

<1.0％：板条M＋片状MWC<0.2%：板条M主要有两种形态：片状M（高碳M、孪晶M）板条M（低碳M、位错M）A′片状M其强度、硬度取决于M中的含碳量。含碳量增加，硬度升高。（３）性能：高的硬度和强度强化机理：固溶强化过饱和碳原子强烈地引起点阵畸变，阻碍位错的运动，故使马氏体显著强化。相变强化大量晶体缺陷，如位错、孪晶以及层错等，使得马氏体强化，其本质类似于形变强化。时效强化碳原子通过扩散产生偏聚或碳化物弥散析出，钉扎位错，阻碍位错运动，从而造成马氏体时效强化

塑性、韧性取决于碳的过饱和度和亚结构形式

高碳片状M的硬度高，塑、韧性很差；

板条M强韧性好。

高碳片状M的塑、韧性均很差的主要原因：

1）碳在M中过饱和程度大，晶格畸变严重，残余应力大，有显微裂纹；

2）片状M内的亚结构主要是孪晶。低碳板条M的塑、韧性相当好的主要原因：

1）碳在M中过饱和程度小，晶格畸变轻微，残余应力小；

2）板条M内的亚结构主要是位错。（4）转变的不完全性。（1）无扩散性。仅是晶格的改组而没有成分的变化。（3）非恒温性。（2）高速度。瞬间形核，瞬间长大。A中的C%↑则MS、Mf↓，残余A含量↑。

2.M转变的特点有残余奥氏体（A'）。Ms与Mf点主要取决于奥氏体的含碳量。

奥氏体的碳含量对残余奥氏体量的影响MsWc(%)

00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0－200－1000100200300400500600700温度/℃Mf奥氏体的碳含量对M转变温度的影响

A´会降低淬火钢的硬度和耐磨性，而且在使用过程中或长期存放时，A´会发生转变，引起钢件尺寸精度的变化。冷处理在淬火后立即进行，他是淬火的继续。处理温度根据钢的Mf点决定，通常在-50℃~-80℃。3.冷处理（一）奥氏体成分的影响

1.含碳量的影响亚共析钢共析钢过共析钢四、影响C曲线位置和形状的因素（1）形状：多一条过冷AF（Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf线上（下）移。亚共析钢：随含碳量的增加，C曲线逐渐向右移

过共析钢：随着含碳量的增加，C曲线反而向左移

共析钢的C曲线最靠右

与共析钢对比：（2）位置：

除Co、Al（>2.5%）外，所有溶入奥氏体的合金元素均会使C曲线右移。

2.合金元素的影响向右移MsA1tT铬对C曲线的影响110102200400600800温度/℃时间/s0.5％C2.2％Cr103104105110102200400600800温度/℃时间/s0.5％C4.2％Cr103104105碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V存在使C曲线形状变化，变成两拐弯。23.45钢常用的淬火冷却介质是（）。（a）空气（b）油（c）水（d）油+水24.40Cr钢常用的淬火冷却介质是（）。（a）空气（b）油（c）水（d）盐水随堂思考题（见习题集上２３、２４题）加热温度越高、保温时间越长，碳化物溶解充分,奥氏体成分越均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性，从而使C曲线右移。3.奥氏体化条件的影响2.对同一种钢来说，奥氏体晶粒越粗大，淬透性越好。（）3.对同一种钢来说，奥氏体晶粒越粗大，其力学性能越好。（）随堂思考题（见习题集上２、３题）（一）利用TTT图近似地估计连续冷却条件下过冷奥氏体的转变过程和转变产物冷却方式显微组织冷速工艺名称炉冷PV1退火空冷S V2正火油冷T+M+A’V3淬火水冷M+A’V4淬火1.

判断连续冷却转变所得到的组织。五、C曲线的意义和应用应用共析碳钢C曲线估计连续冷却所得到的组织2.马氏体淬火临界冷却速度实际淬火临界冷却速度:Vk´—获得完全M组织的最小冷却速度或与转变开始线相切的冷却速度tm—C曲线鼻尖处温度τm—C曲线鼻尖处时间淬火临界冷却速度:（二）确定工艺参数

（三）

确定冷处理工艺的温度例如：等温退火、等温淬火和分级淬火等温退火分级淬火等温淬火τfτst0τsτst032.减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（）（a）提高加热温度（b）降低加热温度（c）采用水冷（d）采用油冷33.减少高碳钢残余奥氏体量可以采用的方法是（）（a）提