奥氏体在冷却时的转变课件

4.2

奥氏体在冷却时的转变1一、奥氏体在不同冷却方式下的转变二、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT或C曲线)三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及其性能四、影响C曲线位置和形状的因素五、C曲线的意义和应用六、共析钢连续冷却转变CCT曲线简介4.2

奥氏体在冷却时的转变2一、奥氏体在不同冷却方式下的转变（一）极其缓慢冷却转变按Fe－Fe3C平衡相图进行平衡转变。共析钢平衡组织为：

P亚共析钢平衡组织为：

F+P过共析钢平衡组织为：

P+Fe3CⅡ（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。（三）等温冷却转变3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）C曲线的测定以共析钢为例，采用金相法测定。制样：把钢材制成Φ15×1.5mm的圆片试样（钻小孔，便于提取），分成若干组。奥氏体化：取一组试样，在盐炉内加热使之完全A化。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。4二、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT或C曲线)4.

记时：每隔一定时间取出一个试样，进行高温金相组织观察。记录开始转变时间和转变终了时间。将其余各组试样，用上述方法分别测出不同等温条件下

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。Tt共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线图建立t2tnt15（二）图形分析线、区说明（5线、6区）“孕育期”即转变开始线

与纵坐标轴之间的距离。“鼻尖”处最短，既过冷A最易发生转变。转变产物P、S、T、B下B上、M、A´6C曲线区域、转变产物及其性能M转变P转变B转变过冷A转变终了线过冷A转变开始线相变线M转变开始线M转变终了线硬

塑度

性强

韧度

性增

下加

降

性能

P

5

～25HRC25～35HRC3

5

～40HRC上B

40

～50HRC下B

50

～60HRCM+A′60

～65HRC7三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及其性能（一）珠光体转变(A1～550℃)1、珠光体的组织形态及性能P——F与Fe3C片层相间排列的机械混合物，呈“贝壳状”根据片层厚度不同，可分以下三种：索氏体（S）屈氏体（T）珠光体（P）8温度/℃层片间距A相变

HRC性能1A

~600A→P（珠光体）0.6～0.8μm500×分清10～20随片间距减小，强度、塑性韧性升高650~600A→S（索氏体）0.25μm1000×分清20～30600~550A→T（屈氏体）0.1μm

5000×分清30～40珠光体转变的类型、特征及性能9AFe3CAFe3C

α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。2、珠光体的转变过程通过形核 长大来实现APFe3C

α10（二）

贝氏体转变——550℃~Ms（230℃）半扩散型转变——碳原子扩散，铁原子不扩散。1.

上贝氏体A→B上(550℃~350℃)，光镜下呈羽毛状。电镜下可看到

Fe3C以不连续的短杆状分布于许多平行而密集的F

条之间。塑变抗力低易发生脆断，故其强度和韧性较差，工业上不应用。HRC=40～45B上显微组织光镜照片11B上转变过程示意图A晶界αα12Fe3Cαα3Fe

C上BB下显微组织光镜照片A→B下[350℃~Ms（230℃）]，光镜下呈黑色针状。

F针是过饱和的——固溶强化。电镜下Fe3C呈细短条状，沿着与的长轴相夹的方向分列成排，均匀分布在呈55～65°角的F针内——弥散强化。2.

下贝氏体强韧性好，硬度

为50～60HRC，是工业生产上追

求的组织。可采

用等温淬火得到。B下黑色针状

A´

白色块状

M

灰色针状13B下转变过程示意图αα碳化物α碳化物α碳化物下B14马氏体：C在α-Fe中的过饱和固溶体，用M表示。无扩散型转变：仅发生Fe的晶格改组（面心立方→体心正方）M的晶体结构：体心正方晶格（a＝b≠c）。M的组织形态：主要有两种类型：板条M（低碳M、位错M）片状M（高碳M、孪晶M

）M形态主要取决于高温A中的含碳量。即：

WC%↑，淬火后组织中的M片↑，而M板条↓。当WC>1.0%的钢淬火后组织几乎全是M片，当WC<0.2%时几乎全是M板条。15（三）马氏体转变（Ms点以下）片状M（高碳M、孪晶M）板条M（低碳M、位错M）16A′17片状M其强度、硬度取决定于M中的含碳量。Wc％增加，硬度升高。2.

性能：主要特点：高硬度18强度、硬度19

过饱和的碳引起晶格畸变固溶强化

转变过程中产生大量的晶体缺陷（位错、孪晶等），引起组织细化

过饱和的碳以弥散、细小碳化物的形式析出细晶强化弥散强化主要取决于碳在M中的过饱和度和M的亚结构形式。高碳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：碳在M中过饱和程度大，晶格畸变严重，残余 应力大；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：碳在M中过饱和程度小，晶格畸变轻微，残余应力小；板条M内的亚结构主要是位错。塑性、韧性20（3）在不断降温的条件下形成降温中断M转变停止。3. M转变的特点非扩散性转变仅发生铁的晶格改组而没有成分的变化。需要很大的过冷度（△T=T0-Tn）形成M的冷却速度必须大于临界冷却速度Vk（Vc

>Vk）。金属的实际结晶温度Tn总是低于平衡结晶温度T0，这一现

象称为过冷现象，T0与Tn的差值△T称为过冷度，。转变速度极快。

瞬间形核，瞬间长大。转变不完全，存在一定量的残余奥氏体。A中的C%↑则MS、Mf

↓，残余A含量↑。产生很大内应力。21奥氏体的碳含量对残余奥氏体量的影响22奥氏体的碳含量对M转变温度的影响Ms7006005004003002001000－100－2000 0.2

0.4

0.6 0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0Wc(%)温度/℃Mf234.

冷处理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℃。241.

碳含量的影响四、影响C曲线位置和形状的因素碳钢C曲线的比较与共析钢相比：亚（过）共析钢的C曲线左移；各多一条过冷A先共析相（F或Fe3CⅡ）转变线。亚（过）共析钢的Ms、Mf

线上（下）移。25A中含Co或WAl

>2.5%时，C曲线向左移；其它溶入A的合金元素均会使C曲线右移。碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等存在使C曲线形状变化，变成两拐弯（如图5-16）。2.

合金元素的影响时间/s110102200400600800温度/℃时间/s0.5％2C.2％Cr时间/s110102200400600800温度/℃26时间/s0.5％C4.2％Cr（P101图5-16）铬对C曲线的影响Cr%↑，C曲线的形状发生改变；使C曲线在鼻子处分开，形成（过冷A

→P和过冷A

→B）两个C曲线。3.

加热温度与保温时间加热温度↑、保温时间↑加热温度↑保温时间↑原因：C曲线右移转变时形核率↓A稳定性↑A成分均匀↑未溶碳化物↓A晶粒尺寸↑晶界面积↓→C曲线右移27五、C曲线的意义和应28用（一）意义1.反映了过冷度（ΔT）与过冷A转变速度的关系。2.反映了过冷A在不同

ΔT下的转变产物。（二）应用1.在转变图上估计连续冷却转变产物→退火→正火→淬火→淬火CCT曲线位于TTT的右下方；CCT曲线中没有A→B

转变292.

马氏体淬火临界冷却速度VKV实>VK（M）V实<VK（M+T）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曲线鼻尖处时间例如：T8钢加热后水冷：V实>Vk

´

→M油冷：V实<Vk

´

→M+Ttmτm303.确定工艺参数等温退火等温淬火t0分级淬火τs

τs

τf

τs4.

确