第三章 奥氏体在冷却时的转变

第六节钢在冷却时的转变

一、共析钢的过冷奥氏体转变

由铁碳相图可知，共析钢从奥氏体状态冷却到临界点A1点以下时将要发生珠光体转变。实际上，迅速冷却到A1点以下温度时，转变并不是立即开始的，在A1点以下未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。

1．过冷奥氏体转变曲线

(1)过冷奥氏体等温转变曲线图10—38是通过实验测定的共析钢过冷奥氏体等温转变

动力学曲线，又称过冷奥氏体等温转变

等温图(又称TTT图或C曲线)。图中

左边的曲线是转变开始线，右边的曲线

是转变完了线。它的上部向A1线无限

趋近，它的下部与Ms线相交。Ms点是

奥氏体开始向马氏体转变的温度。由图

可以看出，过冷奥氏体开始转变需要经

过一段孕育期，在550～500℃等温时孕

育期最短，转变最快，称为C曲线的

“鼻子”。在鼻温以上的高温阶段，随过冷

度的增加，转变的孕育期缩短，转变加

快；在鼻温以下的中温阶段，随过冷度的

增加，转变的孕育期变长，转变变慢。这

是因为共析转变是扩散型相变，转变速

率是由相变驱动力和扩散系数D两个

因素综合决定的(参看第三节)。

过冷奥氏体在不同的温度区间会发

生三种不同的转变。在A1～500~C区间

发生珠光体转变，转变的产物是珠光体(P)，其硬度值较低，在11～40HRC之间；550~C～

Ms点区间发生贝氏体转变，产物是贝氏体(B)，硬度值较高在40～55HRC之间；在Ms点

以下将发生马氏体转变，得到马氏体(M)，马氏体的硬度很高，可达到60HRC以上。碳素

钢的贝氏体转变温度区间与珠光体、马氏体转变的温度区间没有严格的界限，相互之间有重叠。

一般认为过冷奥氏体有了1％的转变即为转变的开始，转变已完成99％即为转变完了。在转变开始线和转变完了线之间，还可以划出转变量为10％、50％、90％等等几条大体平行的曲线(图中以虚线表示)。转变开始线、终止线与A。线、Ms线之间将等温转变图划分成几个区域，各个区域表示组织状态及转变量与温度和时间之间的关系。从等温转变图右侧的纵坐标，还可以看出各温度下转变产物的硬度值。例如，过冷奥氏体在600~C进行等温转变，若等温时间只有1s，钢仍然处在过冷奥氏体状态；如果等温了3s，这时已有50％的奥氏体转变成珠光体，组织状态是奥氏体加珠光体各占50％；若在600~C等温7s以上，过冷奥氏体早已全部转变成珠光体，珠光体的硬度值是38HRC。如果在600~C等温3s后立即淬火，将得到50％马氏体加珠光体的组织。

(2)过冷奥氏体连续冷却转变曲线在绝大多数情况下奥氏体转变是在连续冷却的条件下进行的。如铸造、锻轧、焊接之后，一般都是采用在空气中冷却，或在坑中堆放冷却等连续冷却方式。从奥氏体状态经炉内冷却退火。或空气中冷却正火，或水中急冷淬火等热处理工艺也都是连续冷却过程。因此，研究过冷奥氏体连续冷却转变图(CCT图)，有更大的实际意义。实验测定的不同冷却条件下共析碳钢的CCT图如图10—39所示。由图可以看出，不同冷却速度下，过冷奥氏体开始转变的时间和温度不同，冷却速度越快，开始转变所需的时间越短，转变温度越低。图中还划出该钢的c曲线。与c曲线相比较，CCT图中同样性质的曲线(转变开始线，转变终了线)均位于C曲线的下方。在连续冷却条件下，共析碳钢不发生贝氏体转变。若冷却速度小于33．4~C．s叫(图中的曲线3)时，奥氏体将全部转变成珠光

一、

总之，在奥氏体等温转变图上可以划分为珠光体相变、贝氏体相变和马氏体相变等三个区域。

上述共析钢曲线形状比较简单，但随着钢中碳量和合金元素的不同，会有各种类型的C 曲线。

在碳钢中，亚共析钢和过共析钢的C曲线形状与共析钢基本相似，但位置向左移，

同时在过冷奥氏体分解的温度范围内，还有先共析铁素体或先共析渗碳体的析出。

如过共析钢的奥氏体化温度在A 3-A cm 之间，由于存在较多的未溶渗碳体，因而在其C 曲线上一般没有先共析渗碳体析出线。

在合金钢中，合金元素对C 曲线的影响主要有两个方面，一是改变前后位置，即促进或延迟过冷奥氏体的分解，二是改变形状，使珠光体转变区与贝氏体转变区分开。各种合金元素对珠光体转变和贝氏体转变的影响是不同的，强碳化物形成元素如钛、钒、钼、钨、铬在含量较多时，大都使珠光体与贝氏体转变区分开并对奥氏体到珠光体转变有更为明显的推迟作用。

根据C 曲线的形状以及珠光体转变区、贝氏体转变区相互位置的不同，在Ms 温度以上时的C 曲线大致可归纳为以下几种类型 ：

1)珠光体转变与贝氏体转变曲线重迭

图中在A 1～Ms 的温度范围内只有一个“鼻子”,在“鼻子”上部区进行珠光体转变；“鼻子”下部区进行贝氏体转变；碳钢及非碳化物形成元素或非稳定碳化物形成元素的低合金钢，如Co 钢、Ni 钢、Mn 钢(锰含量较低时)等的奥氏体等

温转变曲线属于这种类型。

2)珠光体转变曲线与贝氏体转变曲线分开，奥氏体最大转变速度在贝氏体转变区

图中出现了两组曲线，上面一组表示珠光体转变，下面一组为贝氏体转变，两个转变区域之间出现一个奥氏体稳定区域，在Cr、W、Mo、V等形成稳定碳化物元素的钢中经常具有这种类型的曲线。

应当指出，在合金元素含量较低时，两个“鼻子”间的奥氏体稳定区不很明显，含量较高时，两组曲线往往截然分开。通常，在合金奥氏体中含碳量少时，奥氏体

最大转变速度在贝氏体转变区，如38CrMoAl。

3)只有贝氏体转变区

曲线图Ms点温度以上只有贝氏体转变区域，由于合金元素的作用，珠光体转变的孕育期很长，以致一般不在图中出现，含较多Ni的低碳和中碳CrNiMo钢或CrNiW钢具

有这种类型的C曲线，如18Cr2Ni4WA。