第五章钢的过冷奥氏体转变动力学图

第五章钢的过冷奥氏体转变动力学图 上官晓峰

复习 • A转变：P、M、B • 相变类型温度 • V和f与时间有关 • 所以，过冷A转变是与温度、时间有关 • 转变程度—温度—时间的关系表示过冷A转变图

重点及难点 重点：1.了解“C”曲线的含义； 2.了解影响过冷奥氏体转变的因素；难点：过冷奥氏体连续转变图的建立

过冷A在非平衡条件下冷却，可有如图几种形式 其中： (a) dT/dτ= 0，等温冷却； (b) dT/dτ= C 连续冷却； (c) dT/dτ= f(τ)，为实际冷却。 §5．1过冷奥氏体等温转变图

一、过冷奥氏体等温转变图的建立 1．过冷A的等温转变将A迅速冷至临界温度（A1）以下某一温度，并在等温过程中所发生的相变称为过冷A等温转变。过冷奥氏体等温转变图：组织转变量-转变温度-时间的关系 2．等温转变图的建立金相法、膨胀法、磁性法、电阻法及热分析法

金相法（Φ10-15×1.5mm） • 加热A化（保温10-15min）恒温盐浴保温一定时间盐水中快冷，使未转变的A转变为M。 • 用金相法确定在该温度下等温一定时间所得产物的类型和百分数（转变量），绘成转变量f与时间τ的关系曲线（过冷A等温转变曲线）。

金相法 • 将不同温度下等温转变的开始时间和终了时间绘成T-τ半对数坐标中，将开始点、终了点分别连成曲线——过冷A等温转变图（TTT图）。 • 用磁性法确定Ms、Mf点。曲线呈“C”型，所以也称为“C”曲线。

ab:过冷A;纯冷却收缩bc ;孕育期cd ; de表示等温转变过程，至e点时则表示已转变终了，不再变化.

2．等温转变图的建立 C曲线：形状象C。 TTT图：Time—Temperature-Transformation IT图： Isothermal Transformation

典型图 内容：Ac1、Ac3、相区、产物HB、Ms、Mf、A化的条件（温度、时间、晶粒度）

具有单一的“C”形曲线 碳钢、含弱碳化物形成元素Mn小于1.5%、含非碳化物元素(Si、Ni、Cu、Co等)的低合金两个C，但P、B部分重叠 P、B完全分离，且中间有较宽的亚稳定A区只有A区，无P、B的C曲线及Ms线 3.A等温转变图的类型

P和B转变C曲线完全分开 含Mn、Cr、Ni、W、Mo量高的低碳钢中，扩散型的珠光体转变受到极大阻碍，因而只出现贝氏体转变的C曲线只有珠光体转变的C曲线常出现于中碳高铬钢中

分析 • 高温区：在临界点A1以下，珠光体型组织转变区，A→P； • 低温区：在MS以下，发生马氏体转变的区域，A→M； • 中温区：在A1以下、MS以上，发生贝氏体转变的区域，A→B。在转变终了线右边，对A→P而言，A全部转变为P；但对A→B而言，A不能全部转变为B，会保留有未转变的AR；在转变开始线和终了线之间为两相组织。

4、亚、过共析钢的TTT图 对亚共析钢和过共析钢的A等温转变，在C曲线的右上方会有先共析相析出线。

二．影响TTT图的因素 1．碳含量的影响 • 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；因此，共析钢的C曲线离纵轴最远，共析钢的过冷A最稳定。

2．奥氏体晶粒大小的影响 • 奥氏体晶粒度增加，晶界面积增多，使晶界形核的P易于形核，有利于转变发生，C曲线左移，但对晶内形核的B，影响不大。 • 奥氏体化温度高，A晶粒粗大，使P难于形核, C曲线右移； • 奥氏体化温度高，A均匀化程度高，浓度梯度下降，形核长大减慢，C曲线右移。 • 所以一定要指明成分，晶粒度及奥氏体化温度，才可查得相应的C曲线。

二．影响TTT图的因素 3、合金元素合金元素对TTT曲线的影响最大。一般来说，除Co和Al以外的合金元素均使TTT曲线右移，即增加过冷奥氏体的稳定性。各种合金元素对TTT曲线的影响见图。

二．影响TTT图的因素

4、奥氏体塑性变形的影响 奥氏体的塑性变形会显著影响珠光体转变动力学。一般来说，形变量越大，珠光体转变孕育期就越短，即加速珠光体转变对B的影响不同，高温变形，减慢B转变；低温变形加速B转变. 应用TTT图时，注意其标明的试验条件，如A化温度、晶粒度是否与实际条件相符合。

三、C曲线的应用 1．等温淬火将加热到淬火温度的零件淬入350℃至MS点之间的恒温槽中，长时间等温，以得到下贝氏体。

三、C曲线的应用 2.等温退火，用于合金钢锻、铸件，以消除冷却时形成的内应力。操作时将零件加热到完全退火的高温区域，再冷却到A→P区域等温，使发生P转变。

3.分级淬火 根据TTT图可以估计钢件在等温介质中需停留的时间

4．形变热处理 将合金钢加热到两条C曲线中间的A稳定区域变形，可提高缺陷密度及材料强度。

5. 定性解释连续冷却的奥氏体转变过程

§5-2 过冷A连续冷却转变曲线-CCT图 一、建立方法：综合运用膨胀法、金相法和热分析法。试样：Φ3×10mm，真空感应加热A化，程序控制冷却速度从不同冷速的膨胀曲线上测定转变开始点（f=1%），各中间转变量点和终了点（f=99%）所对应的温度T和时间τ，将数据记录在T-τ半对数坐标系中，连接相应的点，就得到CCT图。

CCT图

二、典型图

三、与TTT图比较 相同之处 • 产物也是P、B、M、先共析F和先共析Fe3C； • 有开始线、终了线，但并非C曲线，也并不表示转变完全； • 有材料成分、A化温度、加热保温时间、晶粒度级别。不同之处 • 有冷却曲线和最终产物的硬度 • 硬度：冷却曲线端点的数字（有的带小圆圈）为产物的硬度，一般用HV或HRC表示。dT/dt=C • 显示转变产物的百分数 • 冷却曲线与各转变终了线交点外的数字。 • Ms点不是直线，而为斜线

四、CCT图的基本类型 （a)碳钢和含非（或弱）碳化物形成元素的低合金钢（如T8A）；（b）合金结构钢（如40CrNiMoA）；（c）镍或锰含量较高的复杂合金结构钢（如18Cr2Ni4WA）；（d）合金工具钢（如5CrMnMo)；（e）高铬工具钢（如Cr12）；（f）有碳化物析出倾向的奥氏体钢（如4Cr14Ni14W2Mo）

冷却速度的表示方法 1.800-500℃范围内的平均冷却速度 2.距端淬试样水冷端的距离 3.冷却时间：从A化温度冷至500℃所需时间。

冷却速度对转变产物的影响 冷却速度越小，高温转变产物百分数越大，M量越小，硬度越低。

冷却速度对组织组成物和硬度的影响 冷到500℃的时间，s

钢的临界淬火冷却速度 定义：为使钢件在淬火后得到完全M组织（+AR），应使A从淬火加热温度至MS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，此临界值为临界淬火冷却速度，用VC表示。VC即得到完全M（+AR）的最低冷却速度，表示钢接受淬火的能力。因各种钢CCT图不同，临界淬火冷却速度取决于抑制F、P、B转变的临界冷却速度。 • 影响VC的因素

影响VC的因素 • C%：低碳钢，C%增加，VC降低，当C%大于1%，C%增加，VC升高。 • 合金元素：除Co外，其它合金元素使VC降低，提高钢的淬透性。 • A化温度：温度越高，A晶粒越粗大，同时A合金化程度越高，VC越低。 • 非金属夹杂、碳化物和氮化物：阻止A晶粒长大，提高VC。 • 总之，凡是使C曲线右移的因素，均提高钢的淬性，降低VC。

五、过冷奥氏体连续转变动力学图的应用 (1) 已知直径和冷却介质，利用上图可算出表面和心部冷速. 根据这些冷速，再利用CCT图中的冷速与转变产物的关系，可得出冷却后的组织。

（2）测出临界冷速

应用 (3) 根据设计要求(组织、硬度等)，由CCT图选出冷却速度的上下限。再由不同直径棒料在水、油、空气中的冷却曲线图，依照所需的试样直径，选出奥氏体化温度和冷却介质，使冷速在所要求的范围内，为制定工艺条件提供依据。

第五章 钢的过冷奥氏体转变动力学图