第六章 过冷奥氏体转变图

1. 过冷奥氏体等温转变图
1.1 过冷奥氏体等温转变图的建立 表示转变量与转变温度和时间的关系
TTT 图----Time Temperature Transformation
IT 图 ----Isothermal Transformation
C 曲线
1
孕育期
Incubation Period
转变开始线与纵坐标轴 之间的距离，表示在各 不同温度下过冷奥氏体 等温分解所需的准备时 间。 鼻子 ----C 曲线上转 变开始线的突出部，孕 育期最短的部位。
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作业：P129
2、5、 8
29
24
② 冷却过程中，冷速变化
从 A 1 到 T P 温度，按 β 冷速冷却；从 T P 到 T n 温度， 按α冷速冷却。
温度 T(℃) A1 TP Tn
β
P
α
α
时间τ
图6-9 冷速变化时的孕育期消耗量
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IP(Tn )
1


TP
A1
dT 1 Z (T )

Tn
TP
dT Z (T )
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判据：
IP = 1 时，珠光体相变开始。
IP < 1 时，珠光体相变尚未进行。
IP > 1 时，珠光体相变正在进行。 （2）连续冷却时
把连续冷却看成是许多时间非常短的等 温冷却的合成。
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Δ τi
Zi
Z(T)
珠光体转变中止线
图6-8 CCT曲线与C曲线的关系
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每一个极小的时间段 i 都对应一个相应的 温度 Ti ，同时在C曲线上也对应一定的孕育期 Zi ，在任一温度Ti下，孕育期消耗量 IP i
1 IP Vc Vc

A 1
' TR
A 1
dT 1 Z (T )

' TR
dT Z (T )
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（3）根据C曲线估计VC
从纵轴上的A1 点作冷却曲线VC’与C曲线的 转变开始线的鼻子相切，切点所对应的温度和 孕育期分别为TR 和ZR ，则
A1 TR V ZR
' c
由于CCT曲线总在TTT曲线的右下方，所以
CCT 曲线
Continuous Cooling Transformation 一般采用快速膨胀仪测定。
9
cc’ 线为珠光体转变 中止线。
转变并未最后完成，但 过冷奥氏体已停止分解。
珠光体转变中止线
临界冷却速度 VC
是使过冷奥氏体不发生 分解，得到完全马氏体 组织（包括AR ）的最 低冷却速度。
图6-5 共析碳钢的CCT曲线
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2.2 CCT 图的特点分析
向下曲折
图6-6 亚共析钢的CCT图
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向上曲折
图6-7 过共析钢的CCT图
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① 共析、过共析钢的CCT图上无贝氏体转变区
原因：
由于碳含量较高，使贝氏体相变需要扩散更多 的碳原子，转变速度太慢，从而在连续冷却条件 下，转变难以实现。
母相奥氏体的碳含量较高时，奥氏体的屈服强 度也较高，导致切变阻力增大，难以按切变机制 实现点阵改组。
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② MS 线发生曲折
有部分贝氏体相变时， 贝氏体铁素体先析出， 提高了A中的碳含量，MS ↓，向下曲折。 有部分珠光体相变时，渗碳体是领先相，使 A 的C%↓，MS ↑，向上曲折。 ③ CCT曲线位于C曲线的右下方
解释：
在锻件表面，由于在空气中预冷 （从临界点 A 1 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。而在锻件内部，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。
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1.2 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。
6
（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。
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图6-4 合金元素对C曲线位置及形状的影响
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2. 过冷奥氏Βιβλιοθήκη 连续冷却转变图 2.1过冷奥氏体连续冷却转变图的建立
Zi
从 A1冷至Tn时的IP为:
n 1 2 IP Z1 Z2 Zn i i 1 Z i
n
(6 1)
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若把冷却曲线无限细分，即令Δτi →0，则（61）式可写成：
Tn d Tn d / dT i IP(Tn ) lim dT A A n 1 Z (T ) 1 Zi Z (T ) 0 i 1 n
曲线转变开始线相交时(温度为Tn )，IP<1， 转变未开始。只有进一步冷却到更低温度 Tn’，并满足IP(Tn' )
1


' Tn
A1
dT 1 Z (T )
时，转变
才开始，这就是CCT曲线位于C曲线右下方
的原因。
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在临界冷却速度 V C 下，从 A 1 点 冷却到珠光体转变中止线温度 TR’ 时，IP = 1。
孕育期
转变开始
转变终了
鼻子
图6-1 从S曲线(a)到C曲线(b)
2
C 曲线的测定方法
金相硬度法
奥氏体和转变产物的金相形态和硬度不同。
膨胀法 奥氏体和转变产物的比容不同。
磁性法及电阻法
奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。
3
图6-2 共析碳钢的C曲线
4
图6-3 具有先共析线的C曲线 a) 亚共析钢 b) 过共析钢
V Vc 1.5
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' c
3.2 冷速变化时的孕育期消耗量
①
IP(Tn ) 1


Tn
A 1
dT Z (T )
(6 3)
若冷却速度β <α ，则
dT 1 Tn dT IP(Tn ) A 1 Z (T ) A1 Z (T )
Tn
1
即冷却速度越慢，在相同的温度范围内， 孕育期消耗量越大，转变将提前发生。
与以α 恒速冷却相比，
若β<α，则孕育期消耗量增大，相变提前；
若β>α，则孕育期消耗量减少，相变推迟。
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③ 大型锻件的逆硬化现象
温度 T(℃)
A1
TP 锻件内部 TR’ 淬 火
β
P
在空气中预冷 锻件表面
珠光体转变中止线
α
α
淬 火 时间τ
图6-10 解释大型锻件的逆硬化现象
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现象：
大型锻件在淬火时，如果在空气中停留时间比较长， 则淬火后，锻件的表面硬度会低于内部硬度，即出现 逆硬化。
i
1 dT A1 Z (T )
Tn
(6 2)
dT 1 d 式中为冷却速度 , d dT 若冷却速度不变，则 (6 2)式可写成： 1 Tn dT IP(Tn ) (6 3) A 1 Z (T )
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这就是说，冷却速度为 α 的冷却曲线与 C
连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。
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3. 用C曲线估计临界冷却速度
3.1 过冷奥氏体的孕育期消耗 （1）等温转变时 在温度T下，等温的孕育期为Z(T)，则在温度T 下保温Δτ时间所消耗的孕育期为：
IP Z (T ) IP( Incubation Period) 孕育期消耗量， Z (T )函数由C曲线转变开始线决定。