第六章__钢的过冷奥氏体转变图

图1 共析碳钢IT曲线测试示意图
图1 共析碳钢IT图
二、过冷A等温转变图的基本形式
1. 结构: 1）A1是临界点； 2）转变开始线左方是过冷A区；
3）转变结束线右方是转变结束区（P或B）；
4）两线之间是转变过渡区：
A→P转变的A＋P区； A→B转变的A＋B区。 5）水平线Ms为马氏体转变开始温度， 其下方为马氏体转变区。这是一幅比 较简单的过冷A等温转变图。
3.选择淬火介质
当CCT鼻子处孕育期为2S时，φ 25零件水淬可淬硬； 当CCT鼻子处孕育期为5～10S时，φ 25零件油淬可淬硬；
当CCT鼻子处孕育期为＞100S时，φ 25零件空气中即可淬硬；
（三） IT 曲线与CT曲线的比较
1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。
CT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
对T8而言，对应温度的相变组织和性能： A1～650℃： A→P 硬度 HRC32～11
650～600℃：A→S 硬度HRC32～38（属Fe、C原子
的扩散型转变）
600～550℃：A→T 硬度HRC32～40
随着T↓,M%量↑，但即使T=Mz，也不是所有A全部转变
M，总有一部分保留在钢中，称残余奥氏体A′。
三.影响过冷A等温转变图形状的因素
①临界点位置不同；② P、B转变的C曲线位置不同；③ Ms 不同。这些的主要影响因素有合金元素的影响、A晶粒尺寸 的影响。 (一)合金元素的影响 1. 碳的影响 ●亚共析碳钢：C%↑，C曲线向右移；
却转变的情况时，所得结果不能精确，只能是定性地说明问题。
5.确定淬火临界冷却速度Vc ●利用IT图确定的淬火临界冷却速度
V
' c
A1 t m
m
℃/s
●利用CT图确定的淬火临界冷却速度
A1 t m Vc 1.5 m
℃/s 实线——奥氏体等温分解开始线 虚线——奥氏体连续冷却分解开始线
（4）铬：铬能显著提高过冷奥氏体的稳定性，并且使C曲线形
状改变。使转变孕育期延长，使珠光体转变C曲线向高温方向
移动，而贝氏体转变C曲线向低温方向移动；当铬含量较高时
(如超过3％)，可使两曲线完全分离；铬对贝氏体转变的推迟
作用大于对珠光体转变的推迟作用。 （5）钼和钨的影响：钼对IT图的影响见图6-7，可以看出， 铝对珠光体转变有强烈的抑制作用，但对贝氏体转变则影响不 显著。
●过冷奥氏体连续转变图（CT） CT图也称 CCT图（连续转变图，Continuous-CoolingFransformation）能比较接近实际热处理冷却条件，应 用更方便有效。
为什么要研究过冷奥氏体转变图
1.钢加热到A状态，用不同的介质，A在不同的过冷度下
转变的产物（P、B、M或它们的混合组织）的组织与
类： （1）非（或弱）碳化物形成元素，主要有钴、镍、锰、 硅、铜和硼。际钴外，都不同程度地同时降低珠光休转变 和贝氏体转变的速度，即使C曲线右移，但对C曲线的形 状影响不大，仍呈现与碳钢相似的单一“鼻子”。
（2）碳化物形成元素，主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这
类元素如熔入奥氏体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝
图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较
四. IT图的应用
1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一： ①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织； ②制定等温淬火和分散淬火的工艺； ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。 因此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据， 它的直接应用受到很大的限制。
钢的热处理原理与工艺
第六章 钢的过冷奥氏体转变图
●过冷奥氏体等温转变图（IT） IT图也称TTT曲线（Time-Temperature-Transformation），
因形状如字母“C”，故称C曲线。 主要反映了过冷A等温转变
的规律，主要用于研究相变机理、组织形态等。在一般热处理 生产中，多为连续冷却，所以难以直接应用，
K: 是P转变终止线；
VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越 小，钢件在 淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。
VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火 所需的时间就越长。
图6共析碳钢连续冷却转变图
（二）用途： 如果我们知道了某钢中的CT曲线，我们就能利用它估 计某连续冷却转变的温度范围、转变所需时间、转变产物 及其性能。 1.预测热处理后零件的组织及性能 2.确定临界冷却速度VK 用于选材、选淬火介质的重要参数之一。
(二) A晶粒尺寸的影响（加热温度作保温时间的影响） ●晶粒越细：C曲线左移（A分解的晶核数增多，P易于形核） ●晶粒越粗：C曲线右移； ●成分越均匀：A分解的晶核数量减少，新相形核及长大过程
中所需扩散时间就越长，故C曲线右移。
3. 过冷奥氏体等温转变图类型（P156） 根据C曲线的形状以及P、B、M转变区相互位置的不 同，在Ms点温度以上时的C曲线大致可归纳为以下几种 类型（图3）
2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
图7含0.84%碳钢CT图与IT图
图8 40Cr钢IT图(虚线)与CT图
①13mm钢板：油冷。按照等温转变图，应在690℃开始转变，640℃结 束，但实际上是660℃开始转变，590℃结束； ②11mm：水冷,按照等温图可得部分P型组织，但实际上能得全部M.,可 见应用CT曲线更符合实际情况。图8为45Cr等温转变图 （IT）和CT图的比较.
五.过冷奥氏体连续转变图
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规律，主要用于
研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却， 所以难以直接应用，CCT图（连续转变图，Continuous、 Cooling、Fransformation）能比较接近实际热处理冷却 条件，应用更方便有效。 （一）共析碳钢的连续冷却转变图(图6) PS：P开始转变线； PZ：P转变结束线；
10个）加热奥氏体化→迅速冷却到各个不同的等温温度
（置于导热性好的熔融金属或盐溶炉）→在每个温度保温 （停留）不同时间后淬火（淬入盐水中）→在500倍金相显 微镜下观察其分解产物和转变量，当分解产物出现1～2％ 时，所对应的保温就认为在该保温温度的转变开始时间。 当分解产物达98％时间为转变终了时间。
●本章主要介绍过冷A等温转变图和连续冷却转变图及其
内在联系。这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材 和预测热处理后零件性能的重要理论①金相硬度法 ②膨胀法 ③磁性法 ④电阻法
●金相硬度法：
是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。
它是将一组试样（φ10～15mm，厚度1.5mm左右，数量5～
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M 相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变）
从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着T↓，片状
图3 四种类型IT图
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。
b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。
c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
线是两条C曲线。
d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转 变（A→B）
●亚共析钢和过共析钢的C曲线（图4）
②贝氏体转变区域（中温转变）
温度范围：C曲线鼻尖温度～Ms。
B是过饱和C的铁素体和渗碳体非片层状的混合物。
其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃ 硬度HRC60～45
B下形成温度T：350～240℃ 硬度HRC45～55
③马氏体转变区域（低温转变）。 温度范围：Ms～Mf 对T8而言： M转变区域约在240～－50℃。
2.特点： 1）过冷A在不同温度(T)的等温分解时都有一个 孕育期t,孕育期随等温温度T的改变而改变。 ●在鼻尖上部：孕育期随T↑而延长；
●在鼻尖下部：孕育期随T↓而延长；
●在鼻尖处：孕育期最短，此时A最不稳定，是转变速度的
极大值。 这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而 铁、C原子的扩散却依过冷度的增大而减小，这一对矛盾因 素综合影响的结果： ●鼻尖以上：自由能△G起主要作用，相变受△G大小的制约 ●鼻尖以下：矛盾的主要方面是Fe、C原子扩散，即相变受 Fe、C原子扩散速度的制约。
●过共析C钢：C%↑，C曲线向左移；
●共析钢：使过冷A最稳定，即其C曲线处于最右的位置。
2. 除Co以外，所有溶入A后的合金元素都增大A稳定 性，使C曲线右移。 如未溶入奥氏体，则出于存在未熔的碳化物或夹杂 物，往往会起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏 体的转变，使C线左移。
●根据合金元素对IT图的影响，可将合金元素分为两大
性能有很大差别，导致钢材最终性能的多种多样。 2. 钢的过冷A转变动力学图是研究某一成分的钢在过冷A 转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。
3. 奥氏体的冷却条件分两大类：
1） 平衡冷却条件
特征：不考虑时间因素的极其缓慢的冷却。Fe－Fe3C相
图就是这样获得的。
2）非平衡冷却条件
特征：受时间因素的影响在人们的生产实践中，更多遇 到的是非平衡冷却条件的相变，掌握过冷A的非平衡 冷却条件下的转变规律，对热处理生产指导意义更直 接。
图6-10 45钢CCT图（奥氏体化温 度880℃）