过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
过冷奥氏体等温冷却转变曲线
过冷奥氏体等温冷却转变曲线概述●冷却是钢热处理时的最关键工序，冷却工艺不同可造成钢的热处理组织和性能有巨大差异，合理制订热处理工艺需要准确的理论依据。
●奥氏体的等温冷却转变曲线是冷却工艺的理论依据。
●实验研究建立奥氏体的等温冷却转变曲线的方法是本学科典型的研究方法之一。
内容1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析重点难点1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立•3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析目标掌握建立过冷奥氏体等温冷却曲线图的实验方法；掌握过冷奥氏体转变中的相变驱动力及原子扩理解热处理工艺的全过程及关键；能利用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢在热处理过程中的各种组织变化。
初步形成实验研究解决具体问题的思维模式，具备一定的实验设计能力。
知识目标能力目标素质目标学情分析●授课对象为大学二年级第一学期或二年级第二学期的工科专业学生。
●学生对奥氏体在温度变化过程中的转变的认识往往还停留在铁碳相图这一阶段。
同时实验条件的不足使得用实验方法建立过冷奥氏体等温冷却转变曲线只能通过课堂讲授来理解，这对课程学习均产生不利影响。
设计●主要采用讲授法教学，合理引导学生兴趣，提高课堂教学效率，采用线图、表格、金相照片等多种总结手段对比、归纳进行教学。
●精心设计课堂引言，动学生积极性，交代清楚本课堂要讲授和讨论的问题。
●注意讲授法和其他多种教学方法的有机结合。
过冷奥氏体的等温冷却转变曲线热处理的三个步骤：-Step1.加热-Step2.保温-Step3.冷却图1-1 两种不同的热处理工艺-1.连续冷却转变-2.等温冷却转变-Step1.加热到高于A1的某个温度。
-Step2.在高于A1的某个温度长时间保温。
-Step3.以不同的冷却速度和方式冷却，其目的为获得不同的组织，使得钢具有不同的性能。
-Step1+Step2=奥氏体化-Step3 则是热处理的关键步骤1. 引言奥氏体转变为珠光体？Step1+Step2=奥氏体化获得微观组织: 均匀、稳定的奥氏体组织Step3.当温度降低到低于723℃时:1.稳定奥氏体→ 不稳定奥氏体2.然后，不稳定奥氏体→?(unknow)2.1. ?=珠光体可以！这从相图中也可以直接看出2.2. ?=暂时未知图1-2. 简化铁碳合金相图●等温热处理试验◆共析钢等温热处理实验步骤：Step1.加热；Step2.保温；Step3.淬火；Step4.盐浴保温；Step5.淬火；2134562. 过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立◆步骤Step1.加热Step2.保温Step3.淬火Step4.盐浴Step5.淬火Step6.观察微观组织◆目的1+2.奥氏体化，获得均匀稳定的奥氏体组织；3.迅速降温至低于A1线的某个温度；4.在3步所给定的温度下盐浴保温；5.淬火以保留4步所获得的热处理微观组织；6.观察区分第5步所获得5506502s5s10s30s40s过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体珠光体过冷奥氏体过冷奥氏体+托氏体过冷奥氏体+托氏体托氏体在不同温度下保温将获得不同的组织；如图，从上至下依次为：珠光体（P）；索氏体（S）；托氏体（T）；上贝氏体（B上）；下贝氏体（B下）；马氏体（M）；过冷奥氏体等温冷却转变曲线每一种组织在不同的温度下都有转变的开始和终了点，将开始点和终了点依次相连就得到了过冷奥氏体等温冷却转变曲线。
过冷奥氏体转变图
现象：
大型锻件在淬火时，如果在空气中停留时间比较长，或在具 有较长蒸汽膜覆盖期的油中冷却后，钢钢件的表面硬度会低 于心部硬度，即出现逆硬化。
解释：
在钢件表面，由于在空气中预冷（从临界点A1到P点），空 冷冷速（β）低于淬火冷速（α），当继续以淬火冷速（α） 冷却到 TR’ 温度时，孕育期消耗量已超过1，从而发生部分 珠光体相变，使淬火后的表面硬度下降。而在钢件内部，从 A1点到 TR’ 温度，一直以淬火冷速（α）冷却，孕育期消耗 量小于1，未发生珠光体相变，全部淬成马氏体组织，所以 硬度反而比表面高。
6. 在Ms点以上不出现C曲线，但可能有碳化 物析出的C形曲线。 奥氏体钢
§6.3 影响C曲线的因素
（1）碳含量 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 过冷奥氏体最稳定。
（2）合金元素 除Co、Al以外，合金元素均使C曲线右移，即 增加过冷奥氏体的稳定性，具体影响见图 6-4 。 （3）加热条件 奥氏体化温度越高，保温时间越长，则形成的 奥氏体晶粒越粗大，成分也越均匀，同时也有 利于难溶碳化物的溶解。所有这些都降低奥氏 体分解时的形核率，增加奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
4. 只有贝氏体转变的C曲线 含碳量低（＜0.25%）而含Mn、Cr、Ni、 W、Mo量高的钢。 如：18Cr2Ni4WA、18Cr2Ni4MoA 扩散型的珠光体转变受到极大阻碍，只出 现贝氏体转变的C曲线。
5. 只有珠光体转变的C曲线 中碳高铬钢 3Cr13、3Cr13Si、4Cr13等
3. Vc的工程意义 （1）代表钢接受淬火的能力； （2）决定钢件淬透层深度的主要因素 （3）合理选用钢材和正确制定热处理工艺 的重要依据之一。 4. Vc的影响因素 CCT图左移的因素 增大Vc CCT图右移的因素 减小Vc
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料
§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。
将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。
该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。
2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。
孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。
二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。
铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。
珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。
碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。
转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。
上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
1、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的建立 通常应用膨胀法、金相法和热分析法来测定过冷奥氏体连
续冷却转变曲线。为了提高测量精度，常配合使用金相法和热 分析法。
2、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的分析 共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线最简单（见图
KK′线为转变的中止线，当冷却曲 线碰到此线时，过冷奥氏体就中止向 珠光体型组织转变，继续冷却到Ms点 以下，剩余的奥氏体转变为马氏体。 Vk称为CCT曲线的临界冷却速度， 它是获得全部马氏体组织（实际还含 有一小部分残余奥氏体）的最小冷却 速度。
图7.19共析钢
●可以看出：不同的冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体将会转变 为不同的组织。通过连续转变冷却曲线可以了解冷却速度与过冷 奥氏体转变组织的关系。根据连续冷却曲线与CCT曲线交点的位置， 可以判断连续冷却转变的产物。 ●由图中可知，冷却速度大于Vk时，连续冷却转变得到马氏体组 织；当冷却速度小于Vk′时，连续冷却转变得到珠光体组织；而冷 却速度大于Vk′而小于Vk时，连续冷却转变将得到珠光体＋马氏体 组织。
金属学与热处理原理
第七章 钢在加热和冷却时的转变
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
主讲教师 从善海
材料与冶金学院 金属材料工程系
2007年9月
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
过冷奥氏体—在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。 过冷奥氏体将发生分解，向珠光体或其它组织转变。在热处理生产 中，奥氏体的冷却方式可分为两大类： 等温冷却—将奥氏体状态的钢迅速冷至临界点以下某一温度保 一定时间，使奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷至室温 （课本图7.15中曲线1所示）。 连续冷却——将奥氏体状态的钢以一定速度冷至室温，使奥氏体在 一个温度范围内发生连续转变（课本图7.15中曲线2所示）。
材料组织结构转变原理第五章过冷奥氏体转变动力学图.
端淬法测定CCT图
端淬法是以往应用比较多的方法之一。端淬试验时，试样各横
3．合金元素的影响
合金元素对TTT图形状的 影响很大。 一般说来，除钴 和铝以外的元素均使C形曲线 右移，即增加过冷奥氏体的 稳定性。其中碳的影响较为 特殊，碳含量在0.8—1.0％， C形曲线处于最右侧，高于或 低于这一含量时，曲线均向 左移动。其中共析碳素钢的 过冷奥氏体相对其它碳素钢 来说是最稳定的。铬含量增 加，珠光体转变移向高温， 而贝氏体转变则向低温移动， 且使贝氏体转变推迟。钨、 钼的作用与此类似。镍和锰 是扩大Fe—c相图中奥氏体区 的元素，使过冷奥氏体的转 变向低温移动。
钢的过冷奥氏体转变动力学图就是研究某一成分的钢的 过冷奥氏体转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。 显而易见，在人们的生产实践中更多遇到的是非平衡条件 的相变，因此，掌握过冷奥氏体的非平衡冷却条件下的转 变规律，不仅大大深化了对其本质的认识，而且对热处理 生产的指导意义也更为直接。
本章的主要内容是在加热转变、珠光体转变、贝氏体转 变以及马氏体转变的基础上，对过冷奥氏体的转变动力学 进行综合的讨论。主要介绍过冷奥氏体等温转变动力学图 及连续冷却转变动力学图，并探讨它们在实际应用中的价 值，以及这两种动力学图之间的内在联系.
4、其它影响因素
—般说来，形变会使奥氏体晶粒细化，或者增加亚结构。 因此，形变通常使C形曲线左移。
此外，奥氏体均匀化程度对TTT固的C形曲线位置也有 影响。奥氏体成分越均匀，新相形核及长大过程中，所 需扩散时间就越长,曲线因此会右移。
显而易见，钢材成分不同，钢中所含元素的种类及数 量就不同，TTT图的形状及位置就不向。另外，热处理 工艺条件不同，合金元素的分布状态不同，奥氏体晶粒 尺寸及均匀化程度就不同，TTT图也有差异。在应用 TTT图应注意这个问题。
过冷奥氏体转变图
A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区
Ms~ Mf
M转变区
高温 中温 低温
M转变区： A分解为过饱和碳的α-Fe固溶体，即马氏体。
残余奥氏体
珠光体组织
下贝氏体组织
马氏体组织
6.1.2 IT图的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体状态的影响 4.外加应力与塑性变形的影响
6.1.3 IT图的基本类型
1. P转变与B转变曲线部分相重叠：
一个“鼻子” ＞鼻温 P转变 ＜鼻温 B转变 该类型多见于碳钢或含 非(弱)碳化物形成元素的低 合金钢，如钴钢、镍钢或 锰含量较低的锰钢等。
6.1.3 IT图的基本类型
2. P转变与B转变曲线相分离，P 转变的孕育期比 B
转变的长。
要求： 试样： φ10~15mm，厚1.0~1.5mm，具有相同的原始组
织（可通过退火或正火获得）。 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。
Hale Waihona Puke 6.1.1 IT图的建立1. 金相硬度法
步骤：
① 将一组试样（5～10个）加热奥氏体化。
② 迅速转入Ac1以下某一温度（如650℃）等温浴炉中， 分别停留不同时间（如t1、t2、t3…），随即迅速淬入 盐水中;
当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种转变的C 曲线彼此分离，使IT图出现双C曲线的特征。这样，在 珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过 冷奥氏体的高度稳定区。
图6-6 Cr对C曲线的影响
2. 合金元素的影响
⑶ 主要合金元素的影响
1）Co的影响：溶入A中，使C曲线左移。 2）Ni和Mn的影响：C曲线右移，Mn的作用大于Ni； 3）Cr的作用：
CCT曲线
CCT曲线定义概述过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、水冷淬火等。
在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发生的几种转变，即：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变等，而且各个转变的温度区也与等温转变时的大致相同。
在连续冷却过程中，不会出现新的在等温冷却转变时所没有的转变。
但是，奥氏体的连续冷却转变不同于等温转变。
因为，连续冷却过程要先后通过各个转变温度区，因此可能先后发生几种转变。
而且，冷却速度不同，可能发生的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和性能也不同。
所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律性也不像等温转变那样明显，形成的组织也不容易区分。
过冷奥氏体等温转变的规律可以用C曲线来表示出来。
同样地，连续冷却转变的规律也可以用另一种C曲线表示出来，这就是“连续冷却C曲线”，也叫作“热动力学曲线”。
根据英文名称字头，又称为“CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线”。
作用它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。
20 世纪50 年代以后，由于实验技术的发展，才开始精确地测量许多钢的连续冷却C曲线，直接用来解决连续冷却时的转变问题。
实例共析钢过冷奥氏体连续冷却C曲线以共析钢为例，用若干组共析钢的小圆片试样，经同样奥氏体化以后，每组试样各以一个恒定速度连续冷却，每隔一段时间取出一个试样淬入水中，将高温分解的状态固定到室温，然后进行金相测定，求出每种转变的开始温度、开始时间和转变量。
将各个冷速下的数据综合绘在“温度—时间对数”的坐标中，便得到共析钢的连续冷却C曲线，珠光体转变区由三条曲线构成，左边一条是转变开始线，右边一条是转变终了线，下面一条是转变中止线。
马氏体转变区则由两条曲线构成；一条是温度上限Ms线，另一条是冷速下线k V′。
过冷奥氏体转变
过冷A等温转变动力学图的基本形式
（一）共析钢的C曲线分析 1.线、区的意义 线：纵坐标为温度，横 坐标为时间 ，临界点A1 线， MS 线 ， Mf 线 ， 转变开始线， 转变终了线。 区： A1 以上为稳定 A 区， 过冷A区，过冷A等温转变区 （A→P、A→B），转变产物 区（P、B）， M形成区 （A→M）、M转变产物区（M 或M+Ar） 孕育期最短的部位，即 转变开始线的突出部分，称 为鼻子。
（二）非共析钢的过冷A等温转变图与共析钢的A等温转变图 不同的是： 对亚共析钢在发生 P转变之前有先共析 F 析出，因此亚共 析钢的过冷 A等温转变曲线在左上角有一条先共析 F析出线， 且该线随含碳量增加向右下方移动，直至消失。 对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出，因此 过共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳 体析出线，且随含碳量增加向左上方移动，直至消失。
下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较 好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌 下贝氏体
过冷奥氏体的低温（ 马氏 体）转变
当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 1）马氏体的晶体结构
马氏体组织
碳在-Fe中的过饱和固溶
体称马氏体，用M表示。 马氏体转变时，奥氏体中 的碳全部保留到马氏体中.
光镜下形貌
电镜下形貌
⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃,片 层较薄(0.2~0.4μm)， 800-1000倍光镜下可辨，
光镜形貌
用符号S 表示。
⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄(<0.2μm)，电镜 下可辨，用符号T 表示。
奥氏体在冷却时的转变综述
度的浴炉中进行等温转变，并开始计时。
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。
（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
2. 马氏体淬火临界冷却速度 淬火临界冷却速度:
v
' k
A1 t m
1.5τ
m
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
A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓，残余A含量↑。
（6）产生很大内应力。
奥氏体的碳含量对残余奥氏体量的影响
700 600 500 400 300 200 100
温度/℃
Ms
0 Mf －100 －200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wc(%)
奥氏体的碳含量对M转变温度的影响
过冷A转变开始线 过冷A转变终了线 相变线 P S 5 ～25HRC 25 ～35HRC
性能
P 转变
T
3 5 ～40HRC
B 转变 M 转变
M转变开始线 M转变终了线
上B 40 ～50HRC 下B 50 ～60HRC
M+A′60 ～65HRC
下 降
三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及其性能
（一）极其缓慢冷却转变
热处理C曲线
第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图
过冷A在非平衡条件下冷却，可有如图的几种形式： 其中： (a) dT/dτ= 0，为等温冷却； (b) dT/dτ= C，为连续冷却； (c) dT/dτ= f(τ)，为实际冷却
过冷奥氏体等温转变曲 线又称 TTT 图、 IT 图或 C 曲 线。综合反映了过冷奥氏 体在冷却时的等温转变温 度、等温时间和转变量之 间的关系（即反映了过冷 奥氏体在不同的过冷度下 等温转变的转变开始时间、 转变终了时间、转变产物 类型、转变量与等温温度、 等温时间的关系）。 TTT－Temperature Time Transformation IT－Isothermal Transformation
总之，Co、Al可促进冷却转变，其他合金元素大多阻碍转变
（二）奥氏体状态 1. 奥氏体晶粒大小的影响 奥氏体晶粒度增加，晶粒愈细，晶界面积增多，使晶 界形核的珠光体易于形核，有利于珠光体转变发生，C曲线 左移；虽然使贝氏体转变速度增加，C曲线左移。但对晶内 形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥 氏体晶粒长大，缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻 力减小，Ms升高。 2.加热温度和保温时间 加热温度和保温时间主要是通过改变奥氏体成分和状 态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成分不一定 是钢的成分，所以加热温度和保温时间不同，得到的奥氏体 也不一样，必然对随后的冷却转变起影响。 3.原始组织 主要影响奥氏体成分均匀性。原始组织愈细，加热后 奥氏体均匀化快，奥氏体成分愈均匀，随之冷却后珠光体转 变和贝氏体转变的形核率下降，长大减慢，C曲线右移。 原始组织愈粗，奥氏体成分不均匀，促进奥氏体分解， C曲线左移。
合金元素的影响: 除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奥氏体中,会引起:
过冷奥氏体转变曲线图
3）加热条件的影响
加热条件主要指加热温度和保温时间。奥氏体化温度越高，保温时间 越长，则形成的奥氏体晶粒越粗大，成分越均匀。同时，加热温度的提高 也有利于先析出相及其他难熔质点的熔化。所有这些因素都将提高奥氏体 的稳定性，使C曲线右移。
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1.2 过冷奥氏体连续冷却转变
实际中多数热处理工艺应用的是连续冷却转变， 即过冷奥氏体是在不断的降温过程中发生转变的， 这就需要研究过冷奥氏体的连续冷却转变规律。
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过冷奥氏体连续冷却转变曲线
如图4-16所示为共析钢的连续冷却转变曲线，又 称CCT曲线（Continuous Cooling Transformation）。 它反映了过冷奥氏体的冷却状况与组织结构之间的关 系，是研究钢在冷却转变时组织转变的理论基础，也 是选择热处理冷却工艺的重要依据。
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图4-16 共析钢连续冷却转变曲线示意图
图4-16中的Ps线为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线，Pf 线 为转变终了线，两线之间为转变过渡区。 KK ' 线为转变的中止线， 当冷却曲线碰到此线时，过冷奥氏体便中止向珠光体型组织转变， 剩余的奥氏体将被过冷到 Ms点以下转变为马氏体。Vk是与Ps线相 切的冷却速度，它是钢在淬火时可抑制非马氏体组织转变的最小 冷却速度，称为淬火冷却速度或上临界冷却速度。Vk' 是获得全部 珠光体组织的最大冷却速度，称为下临界冷却速度。
2）合金元素的影响
除Co，Al以外，所有的合金元素溶于奥氏体后都会提高过冷奥氏体 的稳定性，使C曲线右移。其中，非碳化物形成元素（如Ni，Si，Cu等） 只改变C曲线的位置，不改变其形状。碳化物形成元素（如Cr，Mo，V等） 可同时改变C曲线的位置和形状。必须指出，碳化物形成元素必须溶于奥 氏体中才能提高过冷奥氏体的稳定性，否则作用相反。
实验五六七 过冷奥氏体恒温转变动力学曲线的测定—-实验部分
缺点：需用试样数量多，实验工作量大。
3、实验过程
1）将必须数量的、具有一
定大小尺寸的薄试样加热到钢
的临界点以上，经保温达到充
分奥氏体化。
测定C曲线试样的尺寸
2）分别移入温度低于A1线的不同温度的等温炉内， 进行不同时间的等温停留，使过冷奥氏体在不同的温度 下进行不同程度的分解；
3）淬入水中。淬火温度固定了试样在该温度下的 组织，而使尚未转变的奥氏体在淬火过程中转变为马氏 体。
2）硬度法 当试样开始转变或转变接近终了时，转变量很 难确定，因此，应配合以硬度法，在试样上测量洛 氏硬度。
当未发生转变时，组织全部为马氏体，硬度值很 高而且平稳，变化不大。
当有转变产物形成时，由于高温和中温转变组织 （如珠光体及贝氏体等）的硬度都低于马氏体，因 此硬度下降。
随着转变量增加， a
硬度值不断下降，直
第一次课任务
1. 热处理，打磨，测硬度，预磨至800号砂纸，试样应标 记清楚—保温温度×保温时间，硬度值，务弄混；
2. 各小组综合硬度数据， 用excel或origin绘出各等温温 度下的硬度-保温时间关系曲线，初步确定不同温度下 转变开始时间及转变终了时间，分析结果，并讨论；
3. 保管好各自试样，切勿弄丢，下次课带来观察分析组 织。
综合实验
过冷奥氏体恒温转变动力 学曲线的测定
一、实验目的
1.掌握用金相——硬度法测定过冷奥氏体恒温转变 动力学曲线的方法。
2.熟悉过冷奥氏体在不同温度范围恒温转变产物的 特征，提高对组织的识别能力。
二、实验设备与材料
1.实验材料：T8钢 2.试验设备：热处理炉（885℃，700 ℃ ，660 ℃ ，580
700
650 600
过冷奥氏体转变动力学TTT与CCT曲线
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
A
A向产物 转变终止线
产 物 区
体
物
区 A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 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;非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
在相同条件下，随亚共析钢中碳含量增加，获 得铁素体晶核几率下降，铁素体长大时需扩散去 的碳量增大，扩散的距离增大，先共析铁素体析 出的孕育期增长，铁素体析出速度下降；一般认 为铁素体析出有利与珠光体转变，而珠光体的析 出在铁素体之后，铁素体析出速度减慢，珠光体 的析出速度也减慢，C曲线向右移动。
在过共析钢中，若在Ac1～Accm之间加热，随 碳含量增加，奥氏体中碳含量不变，未溶的渗碳 体的量增加，未溶的渗碳体有促进珠光体形核的 作用，降低了奥氏体的稳定性，C曲线向左移动。 若在Accm以上加热，随碳含量增加，奥氏体中 碳含量增加，获得渗碳体晶核几率增加，先共析 渗碳体与珠光体孕育期缩短，析出速度增加，转 变速度增加。这是由于随碳量增加，珠光体的形 成是在渗碳体之后，故也加快。C曲线向左移动。
（1）高温时，过冷度小，驱动力△Gv小，扩散系数D大， 原子扩散能力大，以驱动力△Gv影响为主。
（2）低温时，过冷度大，驱动力△Gv大，扩散系数D小， 原子扩散能力小，以扩散系数D影响为主。
上述两个因素综合作用的结果，在550℃是驱动力和原子 的扩散的作用都充分发挥，使孕育期最短，使TTT图呈“C” 字形。
综上所述， TTT图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、 贝氏体等温转变的综合。
3-金属材料与热处理-过冷奥氏体转变曲线(等温)
共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
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3 钢的过冷奥氏体转变图
3.1 过冷奥氏体等温转变曲线
过冷奥氏体等温转变曲线的建立
找出奥氏体转变的开始时间和终了时间 相同的方法，重复上述实验，改变盐浴等温温度，分别找出各
为什么要研究过冷奥体转变图？
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。
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3 钢的过冷奥氏体转变图
2、奥氏体的冷却方式：
《金属材料与热处理》
过冷奥氏体转变曲线
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1 钢的热处理原理
本章的主要学习内容
钢在加热时的转变 钢的过冷奥氏体转变曲线 珠光体转变 马氏体转变 贝氏体转变
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3 钢的过冷奥氏体转变图
将奥氏体冷却到A1温度以下，奥氏体 将处于热力学不稳定状态，将发生分 解，向其它组织转变。这种奥氏体称 为过冷奥氏体。
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3 钢的过冷奥氏体转变图
2、奥氏体的冷却方式：
1）等温冷却：加热到奥氏体状态的钢快 温度/℃
速冷却到低于Ar1某一温度，等温一段
临界温度
保温
连续 冷却
时间，使奥氏体发生转变，然后再冷
②
冷却
等温
却到室温。
加热
① 冷却
2）连续冷却：加热到奥氏体状态的钢以
不同的冷速（空冷、炉冷、油冷、水
冷）连续冷却到室温。
连续冷却曲线概要
炉冷→ F + P 亚共析钢 连续冷却转变 空冷→ F + S 油冷→ T + M 水冷→ M 炉冷→ P + Fe3CⅡ 过共析钢 连续冷却转变
空冷→ S + Fe3CⅡ
油冷→ T + M + A' 水冷→ M + A'
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过冷奥氏体连续转变曲线
温度t 只有P、M转变 vk为临界冷却速度
Hale Waihona Puke 随炉冷却T 水 冷A1 P S v1
空冷
油 冷
v2
Ms
马氏体临界冷却 速度 Mf T+M+残余A v3 vk 时间
M+残余A
O
v5
注意点：
1、Vk称马氏体临界冷却速度。它表示钢在淬火时
抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度。
2、影响马氏体临界冷却速度的主要因素：是钢的化 学成分。碳 钢的临界冷却速度大，而合金钢的 临界冷却速度要小些。 3、只有P、M转变，vk为临界冷却速度
第6章_过冷奥氏体转变图
3. 奥氏体状态的影响
① 奥氏体的晶粒度：主要 影响先共析转变、珠光体 转变和贝氏体转变。晶粒 越小，C曲线左移，即转 变越快。对马氏体转变而 言，晶粒越粗大，Ms点越 高。
3. 奥氏体状态的影响
② 奥氏体均匀性：奥氏体 成分越不均匀，先共析转 变和珠光体转变加快，部 分C曲线左移；贝氏体转 变时间延长，转变终了线 右移； Ms点升高，Mf点 降低。
图6-5 Ni对C曲线的影响
2. 合金元素的影响
⑵ 碳化物形成元素
主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这类元素如溶入奥氏 体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝氏体转变的速 度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变C 曲线移向低温。 当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种转变的C 曲线彼此分离，使IT图出现双C曲线的特征。这样，在 珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过 冷奥氏体的高度稳定区。
过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物 A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区 Ms~ Mf M转变区 M转变区： A分解为过饱和碳的α-Fe固溶体，即马氏体。 残余奥氏体 高温 中温 低温
珠光体组织
下贝氏体组织
马氏体组织
6.1.2 IT图的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体状态的影响 4.外加应力与塑性变形的影响
转变产物： 在两个“C”曲线相重叠 的区域内等温时可以得到珠 光体和贝氏体混合组织。 在珠光体区内，随着等温 温度的下降，珠光体片层间 距减小，珠光体组织变细。 在贝氏体区较高温度等温, 获得上贝氏体；在较低温度 区等温，获得下贝氏体。
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图
TTT和CCT
1.1
过冷A等温转变动力学图的基本形式
（一）共析钢的C曲线分析 1.线、区的意义 线：纵坐标为温度，横 坐标为时间，临界点A1 线， MS 线，Mf 线，转变开始线， 转变终了线。 区：A1 以上为稳定A区， 过冷A区，过冷A等温转变区 （A→P、A→B），转变产物 区（P、B）， M形成区 （A→M）、M转变产物区（M 或M+Ar） 孕育期最短的部位，即 转变开始线的突出部分，称 为鼻子。
（二）非共析钢的过冷A等温转变曲图与共析钢的A等温转变 图不同的是： 对亚共析钢在发生P转变之前有先共析F析出，因此亚共 析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析F析出线， 且该线随含碳量增加向右下方移动，直至消失。 对过共析钢在发生P转变之前有先共析渗碳体析出，因此 过共析钢的过冷A等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳 体析出线，且随含碳量增加向左上方移动，直至消失。
亚共析钢C曲线
温度 (℃) 800
亚共析钢的TTT曲线
F A3 A1
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 Mf -1T B
M + A残
1
10
102
103
104
时间(s)
过共析钢C曲线
温度 (℃) 800
过共析钢的TTT曲线
Fe3CⅡ A ACM A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ T
奥氏体中含碳量的影响:
温 度 A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
非共析钢和共析钢的TTT图比较
原因：
在相同条件下，随亚共析钢中碳含量增加，获 得铁素体晶核几率下降，铁素体长大时需扩散去 的碳量增大，扩散的距离增大，先共析铁素体析 出的孕育期增长，铁素体析出速度下降；一般认 为铁素体析出有利与珠光体转变，而珠光体的析 出在铁素体之后，铁素体析出速度减慢，珠光体 的析出速度也减慢，C曲线向右移动。 在过共析钢中，若在Ac1～Accm之间加热，随 碳含量增加，奥氏体中碳含量不变，未溶的渗碳 体的量增加，未溶的渗碳体有促进珠光体形核的 作用，降低了奥氏体的稳定性，C曲线向左移动。 若在Accm以上加热，随碳含量增加，奥氏体中碳 含量增加，获得渗碳体晶核几率增加，先共析渗 碳体与珠光体孕育期缩短，析出速度增加，转变 速度增加。这是由于随碳量增加，珠光体的形成 是在渗碳体之后，故也加快。C曲线向左移动。
过冷奥氏体恒温转变综合动力学曲线测定
过冷奥氏体恒温转变综合动力学曲线测定综合实验说明：本实验为综合设计分析实验，7学时，是《材料科学基础实验》（27学时）的一部分，为配合材料物理专业必修课《材料科学基础》而设定。
课程负责人：龙毅，执笔：叶荣昌本实验以T8钢为研究对象，通过将必须数量的、具有一定大小尺寸的薄试样加热到钢的临界点以上，经保温达到充分奥氏体化，然后，分别转入温度低于A1线的不同温度的等温炉内，进行不同时间的等温停留，使过冷奥氏体在不同温度下进行不同程度的分解。
测定奥氏体的组织转变量，以确定奥氏体开始分解（约5%的转变量）、转变50%及转变终了（约有5%未转变）的时间，并由此获得一系列数据，描绘出钢的C曲线。
由于当试样开始转变或转变接近终了时，转变量很难确定，因此，配合采用硬度法，在试样上测量洛氏硬度。
当未发生转变时，组织全部为马氏体，硬度值很高而且平稳，变化不大。
当等温转变有转变产物形成时，由于高温和中温转变组织（如珠光体及贝氏体等）的硬度都低于马氏体，因此硬度下降。
随着转变量增加，硬度值不断下降，直至转变完了，硬度值趋于平稳。
金相硬度法是测定过冷奥氏体等温转变曲线最准确的方法，而且可以直接观察到不同等温条件下转变产物的组织形态和数量，这是其它方法所不能代替的。
但是，由于金相硬度法需用试样数量较多，实验工作量大，因此，本实验采取分工协作的方式，将全班同学交叉分成六个小组,每组的保温温度相同，保温时间不同。
首先，每个同学观测不同等温温度、不同等温时间处理所得显微组织，描绘出所观察到的金相组织，注明组织特征和相对量，并给出各自试样的硬度值；接着，各小组将本组样品叠加后观察奥氏体转变量随保温时间的变化；然后，各小组综合数据，绘出各等温温度下的硬度与保温时间的关系曲线，并分析结果；最后，全班数据综合，将不同温度下奥氏体转变相同的点连接起来，建立C曲线，并分析结果。
本实验的顺利完成依赖于每一位同学的努力，个人实验结果的好坏对最终的综合数据具有直接影响，因此，通过这一实验不仅可以培养同学们动手实践能力与综合分析问题、解决问题的能力，而且，还可以培养同学们在一个课题研究中相互分工与团结协作的能力。
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过冷奥氏体连续转变曲线 的基本类型
主讲教师：张恩耀 西安航空职业技术学院
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
除了共析钢的过冷奥氏体连续冷却曲线，还存在亚共析钢和 过共析钢过冷奥氏体连续冷却曲线两种类型。 亚共析钢的CCT曲线：
➢ 与共析钢的CCT曲线相比有较大差异： ✓ ①出现了先共析铁素体区和贝氏体转变区； ✓ ②Ms线右端降低（先共析铁素体析出和贝氏体转变 使周围奥氏体富碳所致）。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
过共析钢的CCT曲线： ➢ 与共析钢的CCT曲线很相似，也无贝氏体转变区，不同 之处： ✓ ①有先共析渗碳体区， ✓ ②Ms线右端升高（先共析渗碳体析出使周围奥氏体 贫碳所致）。
金属材料与热处理