共析钢过冷奥氏体等温转变曲线“C”曲线的影响因素

共析钢过冷奥氏体等温转变曲线“C”曲线的影响因素

C曲线的位置和形状与奥氏体的稳定性及分解特性有关，其影响因素主要有奥氏体的成分和奥氏体形成条件。

(1)碳的质量分数 一般说来，随着奥氏体中碳质量分数的增加，奥氏体的稳定性增大，

以上某一温度时，随钢中碳质量分数的增多，C曲线的位置向右移。对于过共析钢，加热到Ac

1

奥氏体碳质量分数并不增高，而未溶渗碳体量增多，因为它们能作为结晶核心，促进奥氏体

以上，渗碳体完全溶解时，碳质量分数分解，所以C曲线左移。过共析钢只有在加热到Ac

cm

的增加才使C曲线右移，而在正常热处理条件下不会达到这样高的温度。因此，在一般热处理条件下，随碳质量分数的增加，亚共析钢的C曲线右移，过共析钢的C曲线左移。

(2)合金元素 除钴外，所有合金元素的溶入均增大奥氏体的稳定性，使C曲线右移(见图3-44)，不形成碳化物的元素如硅、镍、铜等，只使C曲线的位置右移，不改变其形状；能形成碳化物的元素如铬、钼、钨、钒、钛等，因对珠光体转变和贝氏体转变推迟作用的影响程度不同，不仅使C曲线右移，而且使其形状变化，产生两个“鼻子”，整个C曲线分裂成珠光体转变和贝氏体转变两部分，其间出现一个过冷奥氏体的稳定区。

奥氏体在A

1点以下处于不稳定状态，必然要发生相变。但过冷到A

1

以下的奥氏体并不是

立即发生转变，而是要经过一个孕育期后才开始转变。这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过冷奥氏体”。过冷奥氏体在不同冷却速度下的连续冷却转变和在不同温度下的等温转变均属非平衡相变，此时，用平衡条件下得到的Fe-Fe

3

C相图来研究其转变过程是不合适的，研究这种变化的最重要的工具是过冷奥氏体连续冷却转变图或等温转变图。由于研究过冷奥氏体的等温转变过程相对容易些，我们首先介绍过冷奥氏体的等温转变。

3.4.2.1过冷奥氏体等温转变图

奥氏体等温转变图是指过冷奥氏体在不同过冷温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量(转变开始与结束)的关系曲线图，也称

TTT(Time-Temperature-Transformation缩写)曲线，又因为其形状象英文字母“C”，所以又称C曲线。

1)奥氏体等温转变图的建立

奥氏体等温转变图的建立是利用过冷奥氏体转变产物的组织形态和性能的变化来测定的。测定的方法有金相测定法、硬度测定法、膨胀测定法、磁性测定法，以及X射线结构分析测定等方法。现以共析钢为例，如图3-41所示，用金相硬度法简要说明其建立过程：

(1)将共析钢制成一系列φ10×1.5mm的薄片试样并加热至A cl以上温度，得均匀奥氏体。

(2)将试样分成许多组，每组包括若干个试样。将每组试样分别迅速放入A1温度以下一系列不同温度(如650℃、600℃、550℃……等)的恒温浴槽中，使过冷奥氏体进行等温转变。记录从试样投入浴槽时刻起的等温时间，然后每隔一定时间，在每组中都取出一个试样，迅速放人冷水中冷却，使试样在不同时刻的等温转变状态固定下来。

(3)测定试样硬度并观察其显微组织。当发现某一试样刚有转变产物时(有1～3％的转变产物)，它的等温时间即为奥氏体开始转变的时间，而当发现某一试样没有奥氏体时(约有98％的转变产物)，它的等温时间即为奥氏体转变终了时间。显然从过冷奥氏开始转变到转变终了的这段时间即为过冷奥氏体和转变产物的共存时间。

(4)将所有的转变开始点和终了点标注在时间—温度坐标系中，将所有的转变开始点和终了点分别用光滑曲线连接起来，获得等温转变开始曲线和终了曲线，并在不同的时间和温度区域内填入相应的组织，即得共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线图，如图3-42所示。

2)奥氏体等温转变图的分析

以图3-42所示共析钢的过冷奥氏体等温转变图为例对C曲线分析如下：

(1)由过冷奥氏体开始转变点连接起来的线称为转变开始线；由过冷奥氏体转变终了点连接起来的线称为转变终了线。

上面的水平线为A

1线，即为Fe-Fe

3

C相图上的A

1

线，表示奥氏体与珠光体的平衡温度，

在A

1线以上是奥氏体稳定存在的区域；A

1

线以下，转变开始线以左是过冷奥氏体区，A

1

线以

下、转变终了线以右是转变产物区；转变开始线和终了线之间是过冷奥氏体和转变产物共存

区。

(2)过冷奥氏体在各个温度下等温转变时，都要经过一段孕育期。孕育期是指金属及合金在一定过冷度条件下等温转变时，等温停留开始至相转变开始的时间，以转变开始线与纵坐标之间的水平距离表示。孕育期越长，过冷奥氏体越稳定，反之则越不稳定。所以过冷奥氏体在不同温度下的稳定性是不同的。开始时，随过冷度(ΔT)的增大，孕育期与转变终了时间逐渐缩短，但当过冷度达到某一值(等温温度约为550℃)后，孕育期与转变结束时间却都随过冷度的增大而逐渐加长，所以曲线呈“C”状。

在C曲线上孕育期最短的地方，表示过冷奥氏体最不稳定，它的转变速度最快，该处成为C曲线的“鼻尖”。而在靠近A

1

和Ms处的孕育期较长，过冷奥氏体较稳定，转变速度也较慢。

(3)在C曲线下部的Ms水平线，表示钢经奥氏体化后以大于或等于马氏体临界冷却速度淬火冷却时奥氏体开始向马氏体转变的温度(对共析钢约为230℃)，称为钢的上马氏体点或

马氏体转变开始点；其下面还有一条表示过冷奥氏体停止向马氏体转变的温度的M

f

水平线，

称为钢的下马氏体点或马氏体转变终了点，一般在室温以下，Ms与M

f

线之间为马氏体与过冷奥氏体共存区。

所以在三个不同的温度区，共析钢的过冷奥氏体可发生三种不同的转变：

①A1至C曲线鼻尖区间的高温转变，其转变产物为珠光体，所以又称珠光体转变；

②C曲线鼻尖至Ms区间的中温转变，其转变产物为贝氏体，所以又称贝氏体转变；

③在Ms线以下区间的低温转变，其转变产物为马氏体，所以又称马氏体转变。

3) 亚共析钢和过共析钢奥氏体等温转变图

它们与共析钢的C曲线相似，但由于在奥氏体向珠光体转变前，有先共析铁素体或渗碳体(二次渗碳体)析出，所以与共析钢C曲线比较，在亚共析钢的C曲线的左上部多出一条先共析铁素体析出线(如图3-43a)；过共析钢多一条二次渗碳体的析出线(如3-43b)。此外，随着等温温度的下降，先析出的铁素体或二次渗碳体越来越少，甚至最终组织全部为珠光体。这种非共析成分所获得的共析体称为伪共析体。