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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
由Fe—Fe3C状态图可知，钢加热至稍高于727°C(PSK线或A1线) 时，将发生珠光体向奥氏体的转变。这种转变过程伴随着铁原子和碳原 子的扩散，所以其转变过程属于一种扩散型的转变。
以共析钢为例，分析奥氏体形成的过程。其基本过程可描述为四个步 骤
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
10
第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
二、钢在冷却时的组织转变
钢经加热获得奥氏体组织后，如在不同的冷却条件 下冷却，最后可使钢获得不同的力学性能。例如用45 钢制造的直径为15mm的轴，经840°C加热后，若在 空气中冷却，其表面硬度小于HBS209；若在油中冷 却，其表面硬度可达HRC45左右；若在水中冷却， 其表面硬度可达HRC65左右。为了解这些差别的原 因，必须了解奥氏体在冷却过程中的组织变化规律。
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
过冷到550℃~350℃之间的转变组织为上贝氏
体半扩散型（Ｂ上），Fe不扩散，羽毛状碳化物分
布在F间，韧性差，过冷到350℃~MS之间的转变组
织为下贝氏体（Ｂ下） ，C原子有一定的扩散能力，
针状碳化物分布在F内，韧性高，综合机械性能好。
③低温转变产物 共析钢奥氏体过冷到 Ms230℃~Mf-50℃之间的转变产物,马氏体（M） 组织。是含碳过饱和的α —固溶体。由于马氏体中 溶入过多的碳使晶格严重扭曲，从而增加了变形抗 力，所以马氏体具有很高的硬度。含碳量越高其硬 度越大。马氏体是单相亚稳定的组织。
热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组 成的。因此，热处理工艺过程可用“温度—时间” 为坐标的曲线图表示，此曲线称为热处理工艺曲线。
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
由Fe—Fe3C状态图可知，钢加热至稍高于727°C(PSK线或A1线) 时，将发生珠光体向奥氏体的转变。这种转变过程伴随着铁原子和碳原 子的扩散，所以其转变过程属于一种扩散型的转变。
以共析钢为例，分析奥氏体形成的过程。其基本过程可描述为四个步 骤
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
二、钢在冷却时的组织转变
钢经加热获得奥氏体组织后，如在不同的冷却条件 下冷却，最后可使钢获得不同的力学性能。例如用45 钢制造的直径为15mm的轴，经840°C加热后，若在 空气中冷却，其表面硬度小于HBS209；若在油中冷 却，其表面硬度可达HRC45左右；若在水中冷却， 其表面硬度可达HRC65左右。为了解这些差别的原 因，必须了解奥氏体在冷却过程中的组织变化规律。
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第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
过冷到550℃~350℃之间的转变组织为上贝氏
体半扩散型（Ｂ上），Fe不扩散，羽毛状碳化物分
布在F间，韧性差，过冷到350℃~MS之间的转变组
织为下贝氏体（Ｂ下） ，C原子有一定的扩散能力，
针状碳化物分布在F内，韧性高，综合机械性能好。
③低温转变产物 共析钢奥氏体过冷到 Ms230℃~Mf-50℃之间的转变产物,马氏体（M） 组织。是含碳过饱和的α —固溶体。由于马氏体中 溶入过多的碳使晶格严重扭曲，从而增加了变形抗 力，所以马氏体具有很高的硬度。含碳量越高其硬 度越大。马氏体是单相亚稳定的组织。
热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组 成的。因此，热处理工艺过程可用“温度—时间” 为坐标的曲线图表示，此曲线称为热处理工艺曲线。
工程材料-第3章-C曲线
路基设计
路基是道路的重要组成部分，C曲线用于确定路基的填筑材料、压 实度和排水设施等，以确保路基的稳定性和耐久性。
边坡支护
在道路边坡支护设计中，C曲线用于评估边坡的稳定性，为边坡加 固和防护提供依据和建议。
05
C曲线的研究进展与展望
C曲线研究的新方法与新技术
01
实验研究
02
计算模拟
通过实验手段，对C曲线进行精确测 量和表征，包括拉伸、压缩、弯曲等 实验，以及热处理、时效等实验条件 下的C曲线变化。
C曲线的物理意义
要点一
总结词
C曲线揭示了材料的弹性、塑性和屈服等力学行为，是评估 材料性能的重要依据。
要点二
详细描述
C曲线可以反映材料在不同应力水平下的变形行为。在曲 线的弹性阶段，材料表现出弹性变形，应力与应变呈线性 关系；在塑性阶段，材料发生塑性变形，应力与应变的关 系不再是线性；当应力达到材料的屈服点时，材料开始发 生屈服，即应力不再随应变的增加而增加。这些特征对于 评估材料的力学性能和安全性具有重要意义。
比较不同材料的C曲线， 评估其相变行为和性能特 点。
分析C曲线的特征点，确 定相变温度和相变速率。
根据实验结果，探讨工程 应用中材料选择和工艺优 化的可行性。
04
C曲线的工程应用实例
桥梁工程中的应用
桥梁设计
维修加固
C曲线在桥梁设计中用于确定桥墩、 桥跨和桥面等结构的形状和尺寸，以 满足强度、刚度和稳定性等要求。
功能材料
C曲线在功能材料中也有广泛的应用，如形状记忆合金、压电陶瓷等，通过对C 曲线的控制和调节，可以实现材料的功能性转变。
C曲线未来的发展趋势与展望
01
多尺度研究
未来C曲线的研究将更加注重多尺度研究，从微观结构出发，探究C曲
路基是道路的重要组成部分，C曲线用于确定路基的填筑材料、压 实度和排水设施等，以确保路基的稳定性和耐久性。
边坡支护
在道路边坡支护设计中，C曲线用于评估边坡的稳定性，为边坡加 固和防护提供依据和建议。
05
C曲线的研究进展与展望
C曲线研究的新方法与新技术
01
实验研究
02
计算模拟
通过实验手段，对C曲线进行精确测 量和表征，包括拉伸、压缩、弯曲等 实验，以及热处理、时效等实验条件 下的C曲线变化。
C曲线的物理意义
要点一
总结词
C曲线揭示了材料的弹性、塑性和屈服等力学行为，是评估 材料性能的重要依据。
要点二
详细描述
C曲线可以反映材料在不同应力水平下的变形行为。在曲 线的弹性阶段，材料表现出弹性变形，应力与应变呈线性 关系；在塑性阶段，材料发生塑性变形，应力与应变的关 系不再是线性；当应力达到材料的屈服点时，材料开始发 生屈服，即应力不再随应变的增加而增加。这些特征对于 评估材料的力学性能和安全性具有重要意义。
比较不同材料的C曲线， 评估其相变行为和性能特 点。
分析C曲线的特征点，确 定相变温度和相变速率。
根据实验结果，探讨工程 应用中材料选择和工艺优 化的可行性。
04
C曲线的工程应用实例
桥梁工程中的应用
桥梁设计
维修加固
C曲线在桥梁设计中用于确定桥墩、 桥跨和桥面等结构的形状和尺寸，以 满足强度、刚度和稳定性等要求。
功能材料
C曲线在功能材料中也有广泛的应用，如形状记忆合金、压电陶瓷等，通过对C 曲线的控制和调节，可以实现材料的功能性转变。
C曲线未来的发展趋势与展望
01
多尺度研究
未来C曲线的研究将更加注重多尺度研究，从微观结构出发，探究C曲
钢的热处理ppt课件
的频率，与材料的淬透性无关。
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
10钢的热处理 C曲线
一、过冷奥氏体的等温转变 1.共析钢过冷奥氏体的等温转变 等温转变曲线(TTT曲线、C曲线)来分析。
T --- time T --- temperature T --- transformation
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
温度 (℃) 800 700 600 A1
500
400 300 200 100 0 -100 0 1 10 102 103 104 时间(s)
为什么热处理后材料性能会改变？ 热处理后材料内部的微观结构（组织） 发生变化，使材料性能改变。 问题1：
加热、冷却时材料内部的微观结构如 何变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何 应用？
热处理工艺曲线
钢加热奥氏体化后，冷却的方式有两种： (1) 等温处理 将钢迅速冷却到临界点以下 的给定温度，进行保温，恒温转变。 (2) 连续冷却 钢以某种速度 从高温到低温连续 冷却，在临界点以 下变温转变。
2.4.2 钢在冷却时的转变 当温度在A1以上时, 奥氏体是稳定的。
当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过 冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。 过冷A是不稳定的，会转变为其它的组 织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的 转变。
钢在热处理时的冷却方式
温 度 热 加 保温 临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
2.4.1 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
实际热处理，加热时相 变温度偏高，冷却时偏低。 加热和冷却速度愈大偏差愈 大。 加热时为Ac1、Ac3、Accm 冷却时为Ar1、Ar3、Arcm
金属学与热处理课件-09-钢的热处理ppt.ppt
——专指溶入 A 中的Me，或者说成 分均匀化的。
0.5C
T
0.9C+0.5Mn 0.9C+1.2Mn
0.9+2.8Mn
Mn%↑ ，C曲线右移
τ
0.5C+2%Cr
0.5C+4%Cr
0.5C+8%Cr
τ
Cr%↑ ，C曲线右移
非碳化物形成元素：只改变C曲线位置 Co，Al，Ni，Cu，Si
T
Si
Co,Al Co, Al 外所有合金元素
例：球化退火，要求获得粒状珠光体 → 要求A 中 C 不均匀 → 控制第三、四阶段
三 奥氏体晶粒度及影响因素
1. 奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业上一般分为8级。 1 - 4 粗; 5 - 8 细，
8级以上 极细;
计算式： n = 2 N-1
N：晶粒度级别
n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数(100X)。
1 高温转变产物 ——Fe、C均扩散 亚共析钢： F+P; 共析钢： P； 过共析钢： P+Fe3C
┗ 珠光体（Pearlite）类型
化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 ——扩散类型
2 中温转变产物
——Fe不扩散，C部分扩散 α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物 ┗ 贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现 晶格类型的转变非扩散性 ——半扩散性
** 实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线代替CCT曲线作定性 分析，判断获得M的难易程度。
** 连续冷却的VC值是等温冷却C曲线中与鼻点相切的VC的1.5倍，故 可用等温冷却C曲线中VC代替或估算.
钢的珠光体转变
1 珠光体的组织形态
10钢的热处理 C曲线(精编)
1.共析钢过冷奥氏体的等温转变 等温转变曲线(TTT曲线、C曲线)来分析。
T --- time T --- temperature T --- transformation
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
温度
(℃)
A1
800
700
600
500
400 300 200 100
0
-100 0
1
10
102
光镜形貌 电镜形貌
(2) 中温转变
贝氏体转变区（550 ℃～Ms）：
过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织。
贝氏体 渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上 的两相混合物。
上贝氏体（上B) 550 ℃～350 ℃之间转变产物。 呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片 之间。
(a)光学显微照片 500×
奥氏体组织。
F
Fe3C
未溶Fe3C
A A
残余Fe3C
A 形核 A
残余Fe3C溶解
A 长大 A A 均匀化
二、影响奥氏体转变速度的因素
1.加热温度 随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 2.加热速度 加3.钢热中速碳度含越量快，发生转变的温度越高，转变 所需碳4.的合含时金量间元增越素加短，。铁素体和渗碳体的相界面增 大，钴5.转原、变始镍速组等度织加加快快奥。氏体化过程； 铬原、始钼组、织钒中等渗减碳慢体奥为氏片体状化时过奥程氏；体形成速 度快硅，、渗铝碳、体锰间等距不越影小响，奥转氏变体速化度过越程快。。 合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢的 热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
三、钢的奥氏体晶粒度 钢的奥氏体晶粒大小根据标准晶粒度等级图确 定。标准晶粒度分为8级。 1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。
T --- time T --- temperature T --- transformation
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
温度
(℃)
A1
800
700
600
500
400 300 200 100
0
-100 0
1
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光镜形貌 电镜形貌
(2) 中温转变
贝氏体转变区（550 ℃～Ms）：
过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织。
贝氏体 渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上 的两相混合物。
上贝氏体（上B) 550 ℃～350 ℃之间转变产物。 呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片 之间。
(a)光学显微照片 500×
奥氏体组织。
F
Fe3C
未溶Fe3C
A A
残余Fe3C
A 形核 A
残余Fe3C溶解
A 长大 A A 均匀化
二、影响奥氏体转变速度的因素
1.加热温度 随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 2.加热速度 加3.钢热中速碳度含越量快，发生转变的温度越高，转变 所需碳4.的合含时金量间元增越素加短，。铁素体和渗碳体的相界面增 大，钴5.转原、变始镍速组等度织加加快快奥。氏体化过程； 铬原、始钼组、织钒中等渗减碳慢体奥为氏片体状化时过奥程氏；体形成速 度快硅，、渗铝碳、体锰间等距不越影小响，奥转氏变体速化度过越程快。。 合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢的 热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
三、钢的奥氏体晶粒度 钢的奥氏体晶粒大小根据标准晶粒度等级图确 定。标准晶粒度分为8级。 1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。
CH4 TTT图和CCT图PPT(打印版)
授课 朱世杰
钢的过冷奥氏体转变
共析钢过冷奥氏体转变产物
转变 类型 转变 形成温度， 转 产物 ℃ 变 机 制 P A1～650 S 650～600 扩 散 T 600～550 型 B上 B下 550～350 350～MS 显微组织特征 HRC 获得 工艺
珠 光 体
粗片状，F和Fe3C相间分布 细片状，F合Fe3C相间分布
授课 朱世杰
钢的过冷奥氏体转变
过冷奥氏体等温转变动力学图是表示过冷奥氏体等温转变 温度、时间和转变产物三者之间的关系图。 TTT－Temperature Tim Transformation diagram IT－Isothermal Transformation diagram 过冷奥氏体等温转变图综合反 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）。
•
• •
过冷奥氏体的转变类型
常见珠光体的两种形态及他们的性能差异，渗碳 体的形态。 常见贝氏体的两种形态及他们的性能差异，碳化 物的形态和分布。
•
常见马氏体的两种形态及他们的性能差异。
授课 朱世杰
钢的过冷奥氏体转变
4.2 过冷奥氏体等温转变动力学
热处理过程：加热、保温、冷却 冷却方式有二种：连续冷却方式和等温冷却方式 dT/dτ→∞时是平衡条件，否则就是非平衡条件。 过冷奥氏体在非平衡条件下冷却，可有三种形式。 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。
约600～550℃
约550～350℃ 约350℃～Ms
10钢的热处理 C曲线
高温转变区过冷奥氏体一部分转变为铁 素体。剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型 组织。
3.过共析钢过冷奥氏体的等温转变 过共析钢过冷A的C曲线的上部为过冷A中析出 二次渗碳体开始线。 当加热温度为Ac1以上30～50 ℃时，过共析 钢随着碳含量的增加, C曲线位置向左移, 同时Ms、 Mf线往下移。
奥氏体的孕育期，都能够阻碍奥氏体分 解，表现为使C—曲线向右移的作用。 碳是影响C—曲线位置的最主要元素：在 正常条件下，亚共析碳钢的C—曲线随含 碳量的增加而A3点不断降低，奥氏体稳 定性不断提高，使曲线向右移，过共析 钢的C—曲线则随含碳量的增加而Acm点 不断上升，使曲线向左移。故在碳钢中 以共析碳钢过冷奥氏体为最稳定。
2.影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度和保温时间 加热温度升高，晶粒逐渐长大。温度越高， 保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
2.钢在加热时的组织转变 共析钢加热到Ac1以上时，珠光体将转变为奥 氏体。四个过程： 奥氏体晶核形成、奥氏体晶核长大、 剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。
亚共析钢加热到 Ac3 以上获得单一的 奥氏体组织。 过共析钢加热到 Accm以上获得单一的奥 氏体组织。
F
Fe3C A A
未溶Fe3C
A 形核
2.4.2 钢在冷却时的转变 当温度在A1以上时, 奥氏体是稳定的。
当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过 冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。 过冷A是不稳定的，会转变为其它的组 织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的 转变。
热处理C曲线
过冷奥氏体转变动力学图
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:
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:
讲座3-2铁碳相图的应用C曲线-资料
其中1-4为粗晶粒；5级以上为细晶粒。常分8级。
晶粒度的测定方法：930±10℃保温3~8小时(100×)
2．奥氏体起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度
起始晶粒度为（珠光体）加热刚转变成奥氏体时的晶粒度， 一般比较细。
实际晶粒度：加热或加工条件下获得的晶粒度。 本质晶粒度：加热过程中，钢奥氏体晶粒长大的倾向。
钢在冷却过程中的组织转变
热处理中两种常用 的冷却方式：
1）等温处理 2）连续冷却
图中临界温度在这 指A化温度。
• 其中马氏 体是连续 冷却过程 形成， Ms,Mf不 属于等温 转变特征 点！
Time-temperature transformation (TTT) diagrams也称
过冷奥氏体的等温转变C曲线
本节提纲
1.钢加热时的组织转变 2.奥氏体化 3.钢冷却时的组织转变 4.等温转变曲线
C-curve/ TTT(TimeTemperatureTransformation) 5.连续冷却曲线
CCT(Continuous Cooling Transformation） 6. 影响C曲线的因素
钢在再加热时的组织转变
认识共析钢C曲线
2．共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征
（1）高温转变区：A1温度至鼻子温度（550℃）
A过冷度不同，等温转变将会分别产生不同层间距的珠光体 结构，为了便于区分：
珠光体P(Pearlite,A1-650℃)， 索氏体S(Sorbite,650-600℃)， 屈氏体T(Troosite，600-550℃)。
– measure the rate of transformation at a constant temperature. In other words a sample is austenitised and then cooled rapidly to a lower temperature and held at that temperature whilst the rate of transformation is measured, for example by dilatometry. Obviously a large number of experiments is required to build up a complete TTT diagram.
讲座3-2铁碳相图的应用C曲线-资料
奥氏体晶粒随温度的升高而稳定快速长大→本质粗晶钢；
奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大→本质 细晶钢。
本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢
奥氏体晶粒长大趋势与特征
思考题： 1）如何测定钢的晶体粒度？ 2）如何测定钢本质晶粒度？
3．奥氏体晶粒度的控制
影响奥氏体晶粒度的因素
a. 加热工艺 加热温度，保温时间
问题：各种组织的形成机制、类型与特性分析？
4．亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线 （简单说明）
• In the simple case of a eutectoid plain carbon steel, the curve is roughly C-shaped with the pearlite reaction occurring down to the nose of the curve and a little beyond. At lower temperatures bainite and martensite are formed.
• The diagrams become more complex for hypo- and hyper-eutectoid alloys(亚/过共析钢)as the ferrite or cementite reactions have also to be represented by additional lines.
1．含碳量的影响
共析钢，C曲线最靠右边，过冷A稳定性最高。
亚/过共析钢，其过冷A都不稳定，其中：
1）对亚共析钢，钢中C%↑，A中C%↑，其C曲线 右移，过冷A趋于稳定; 2）对过共析钢，一般在ACcm以上A化，钢中C%↑， 未溶Fe3C↑→有利于形核→其C曲线左移，过冷A 更不稳定.
奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大→本质 细晶钢。
本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢
奥氏体晶粒长大趋势与特征
思考题： 1）如何测定钢的晶体粒度？ 2）如何测定钢本质晶粒度？
3．奥氏体晶粒度的控制
影响奥氏体晶粒度的因素
a. 加热工艺 加热温度，保温时间
问题：各种组织的形成机制、类型与特性分析？
4．亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线 （简单说明）
• In the simple case of a eutectoid plain carbon steel, the curve is roughly C-shaped with the pearlite reaction occurring down to the nose of the curve and a little beyond. At lower temperatures bainite and martensite are formed.
• The diagrams become more complex for hypo- and hyper-eutectoid alloys(亚/过共析钢)as the ferrite or cementite reactions have also to be represented by additional lines.
1．含碳量的影响
共析钢，C曲线最靠右边，过冷A稳定性最高。
亚/过共析钢，其过冷A都不稳定，其中：
1）对亚共析钢，钢中C%↑，A中C%↑，其C曲线 右移，过冷A趋于稳定; 2）对过共析钢，一般在ACcm以上A化，钢中C%↑， 未溶Fe3C↑→有利于形核→其C曲线左移，过冷A 更不稳定.
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6
（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。
珠光体转变的鼻尖离纵轴远； (d) 表示形成了二组独立的C曲线。
10
二、 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分：C和合金元素 奥氏体状态：奥氏体晶粒大小的影响、
加热温度和保温时间、原始组织 应力 塑性变形
11
（一）A的成分 1.含碳量 含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变的 影响不同。
12
非共析钢和共析钢的TTT图比较
13
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。
14
（2）对贝氏体转变 贝氏体长大速度是受碳扩散控制（碳在铁素体内的脱溶）。这
是由于贝氏体转变时领先相为铁素体，随奥氏体中碳含量的增加， 获得铁素体晶核几率下降。含碳量增加时，转变时需扩散的原子 量增加，贝氏体转变之前铁素体转变速度下降，贝氏体转变也减 慢，C曲线右移。
（3）对马氏体转变 碳含量（Wc）增加，Ms下降、Mf下降；Ms和Mf下降不一致。
102
103
104 时间(s)
说明：在中部区域P转变区和B转变区可能重叠，得到P和B的混合组 织；在下部区域M转变和B转变可能重叠，得到M和B的混合组织； 5
3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”字形？ 过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素：新相与母相间
的自由能差△Gv和原子的扩散系数D。这两个因素作用是矛 盾的。 （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。
7
温度
亚共析钢的TTT曲线
(℃)
A3
800
F
A1
700
A
600
P+F S+F
T
500
400
B
300 Ms 200
100 0 Mf
M + A残
-100 0
1
10
102
103
100
700
600
500
400 300 Ms
200
100 0 Mf
过共析钢的TTT曲线
ACM
Fe3CⅡ A
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。
-100 0
1
10
过冷奥氏体转变动力学图
1
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
2
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
3
一、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M 转变S为线终时，了间M线，f线。临，界转点变A开1 线始
， 线，
过区冷：AA区1 以，上过为冷稳A 等定温A 区转
， 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。
4
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
（1）对珠光体转变 ①非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相（铁素体、 渗碳体）析出，因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线 在左上角有一条先共析相析出线，且先共析相析出线随含碳 量的变化而移动。 ②共析钢的C曲线最靠右，亚共析钢的C曲线随含碳量增加 向右移动；过共析钢的C曲线随含碳量增加向左移动。 ③碳对C曲线的影响不如Me。 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。
A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ
T
B
M + A残
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
9
（三）合金钢的过冷A 等温转变曲线 合金钢的过冷A 等温转变曲线由于受碳和合金元素的
影响，图形比较复杂。 常见的C曲线有四种形状： (a) 表示A→P和A→B转变线重叠； (b) 表示转变终了线出现的二个鼻子； (c) 表示转变终了线分开，
（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。
珠光体转变的鼻尖离纵轴远； (d) 表示形成了二组独立的C曲线。
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二、 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分：C和合金元素 奥氏体状态：奥氏体晶粒大小的影响、
加热温度和保温时间、原始组织 应力 塑性变形
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（一）A的成分 1.含碳量 含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变的 影响不同。
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非共析钢和共析钢的TTT图比较
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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。
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（2）对贝氏体转变 贝氏体长大速度是受碳扩散控制（碳在铁素体内的脱溶）。这
是由于贝氏体转变时领先相为铁素体，随奥氏体中碳含量的增加， 获得铁素体晶核几率下降。含碳量增加时，转变时需扩散的原子 量增加，贝氏体转变之前铁素体转变速度下降，贝氏体转变也减 慢，C曲线右移。
（3）对马氏体转变 碳含量（Wc）增加，Ms下降、Mf下降；Ms和Mf下降不一致。
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104 时间(s)
说明：在中部区域P转变区和B转变区可能重叠，得到P和B的混合组 织；在下部区域M转变和B转变可能重叠，得到M和B的混合组织； 5
3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”字形？ 过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素：新相与母相间
的自由能差△Gv和原子的扩散系数D。这两个因素作用是矛 盾的。 （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。
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温度
亚共析钢的TTT曲线
(℃)
A3
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F
A1
700
A
600
P+F S+F
T
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300 Ms 200
100 0 Mf
M + A残
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700
600
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400 300 Ms
200
100 0 Mf
过共析钢的TTT曲线
ACM
Fe3CⅡ A
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。
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过冷奥氏体转变动力学图
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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
2
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
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一、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M 转变S为线终时，了间M线，f线。临，界转点变A开1 线始
， 线，
过区冷：AA区1 以，上过为冷稳A 等定温A 区转
， 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。
4
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
（1）对珠光体转变 ①非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相（铁素体、 渗碳体）析出，因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线 在左上角有一条先共析相析出线，且先共析相析出线随含碳 量的变化而移动。 ②共析钢的C曲线最靠右，亚共析钢的C曲线随含碳量增加 向右移动；过共析钢的C曲线随含碳量增加向左移动。 ③碳对C曲线的影响不如Me。 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。
A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ
T
B
M + A残
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103
104 时间(s)
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（三）合金钢的过冷A 等温转变曲线 合金钢的过冷A 等温转变曲线由于受碳和合金元素的
影响，图形比较复杂。 常见的C曲线有四种形状： (a) 表示A→P和A→B转变线重叠； (b) 表示转变终了线出现的二个鼻子； (c) 表示转变终了线分开，