钢的冷却转变讲解
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由于Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或者冷却条 件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响， 而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过 冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充， 下面将进行分别讨论。
4、过冷奥氏体转变曲线
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）的组织与性 能有很大差别，导致钢材最终性能的多种多样。
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℃。 随着T↓,M%量↑，但即使再低，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′。
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
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
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。
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；
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
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-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
2、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。
3、热处理生产中，奥氏体的冷却方式
●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
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
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
亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
★钴：使等温转变的开始线和终了线都左移，即缩短孕育期， 但不改变C曲线的形状。 ★镍：不改变C曲线的形状，但能显若提高过冷奥氏体的稳 定性，延长孕育期，并使鼻子略向下移。 ★锰：锰为弱碳化物形成元素，其作用与镍相似，使C曲线 右移但不改变其形状，锰使C曲线右移的作用大于镍。
★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。
（2）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。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 P相变区、B相变区和M相变区。以T8钢为例，同温度的 转变产物如图所示：
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
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
（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。 2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
含0.84%碳钢CT图与IT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。
●利用IT图确定的淬火临界冷却速度
Vc'
A1 tm
m
℃/s
●利用CT图确定的淬火临界冷却速度
Vc
A1 tm
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
45钢CCT图（奥氏体化温度880℃）
Cr12钢CCT图（奥氏体化温度1050℃）
过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
（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。
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；
3、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； ●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。
(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。
过冷奥氏体等温转变图类型 根据C曲线的形状以及P、B、M转变区相互位置的不
CCT曲线 Continuous-Cooling-Transformation
二、过冷奥氏体等温转变曲线
1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立
共析碳钢IT图
2、过冷A等温转变图的基本形式
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：
3）转变产物 IT转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。 CT转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型
可能不止 一种，有时是几种类型组织的混合。即使是同 一种类型的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度 不同，所得的组织粗细不同，如P→S→T；B上→B下。
4）CT与IT图本质上还是一致的，只不过用IT转变来估计或说明连续 冷却转变的情况时，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
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
临界温度来自百度文库
加热
保温
连续 冷却
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。
变（A→B）
4、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。
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。 如果未溶入奥氏体，则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 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。
过冷奥氏体 转变曲线
等温转变曲线
又称TTT曲线或IT曲线或C曲线
连续冷却转变曲线
又称CCT曲线
TTT曲线 Temperature-Time-Transformation IT曲线 Isothermal Transformation
第二部分 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
一、引言
1、什么是过冷奥氏体？
如果将奥氏体状态的钢冷却到A1温 度以下，由于在此温度下奥氏体的自 由能比铁素体与渗碳体两相混合物的 自由能高，在热力学上处于不稳定状 态。因此奥氏体将发生分解，向珠光 体或其它组织转变，在临界温度A1以下 处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线； Pf：P转变结束线；
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。
4、过冷奥氏体转变曲线
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）的组织与性 能有很大差别，导致钢材最终性能的多种多样。
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℃。 随着T↓,M%量↑，但即使再低，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′。
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
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
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。
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；
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
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-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
2、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。
3、热处理生产中，奥氏体的冷却方式
●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
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
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
亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
★钴：使等温转变的开始线和终了线都左移，即缩短孕育期， 但不改变C曲线的形状。 ★镍：不改变C曲线的形状，但能显若提高过冷奥氏体的稳 定性，延长孕育期，并使鼻子略向下移。 ★锰：锰为弱碳化物形成元素，其作用与镍相似，使C曲线 右移但不改变其形状，锰使C曲线右移的作用大于镍。
★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。
（2）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。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 P相变区、B相变区和M相变区。以T8钢为例，同温度的 转变产物如图所示：
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
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
（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。 2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
含0.84%碳钢CT图与IT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。
●利用IT图确定的淬火临界冷却速度
Vc'
A1 tm
m
℃/s
●利用CT图确定的淬火临界冷却速度
Vc
A1 tm
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
45钢CCT图（奥氏体化温度880℃）
Cr12钢CCT图（奥氏体化温度1050℃）
过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
（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。
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；
3、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； ●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。
(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。
过冷奥氏体等温转变图类型 根据C曲线的形状以及P、B、M转变区相互位置的不
CCT曲线 Continuous-Cooling-Transformation
二、过冷奥氏体等温转变曲线
1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立
共析碳钢IT图
2、过冷A等温转变图的基本形式
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：
3）转变产物 IT转变是在一个温度进行的，其转变产物类型是一种。 CT转变是在一个温度范围内进行的，其转变产物类型
可能不止 一种，有时是几种类型组织的混合。即使是同 一种类型的组织，也由于先期转变的与后期转变的因温度 不同，所得的组织粗细不同，如P→S→T；B上→B下。
4）CT与IT图本质上还是一致的，只不过用IT转变来估计或说明连续 冷却转变的情况时，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
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
临界温度来自百度文库
加热
保温
连续 冷却
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。
变（A→B）
4、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。
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。 如果未溶入奥氏体，则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 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。
过冷奥氏体 转变曲线
等温转变曲线
又称TTT曲线或IT曲线或C曲线
连续冷却转变曲线
又称CCT曲线
TTT曲线 Temperature-Time-Transformation IT曲线 Isothermal Transformation
第二部分 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
一、引言
1、什么是过冷奥氏体？
如果将奥氏体状态的钢冷却到A1温 度以下，由于在此温度下奥氏体的自 由能比铁素体与渗碳体两相混合物的 自由能高，在热力学上处于不稳定状 态。因此奥氏体将发生分解，向珠光 体或其它组织转变，在临界温度A1以下 处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线； Pf：P转变结束线；
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。