第三章 钢的过冷奥氏体转变图

时间
具有先共析线的C曲线
a) 亚共析钢 b) 过共析钢
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 Ms 200 100
0 Mf
-100 0
亚共析钢的TTT曲线
A3
F A
A1
P+F S+F
T+F
B
M + A残
1
10
102
103
104 时间(s)
温度 (℃)
800 700 600 500
三、影响IT图的因素
4.外加应力与塑性变形的影响 外加应力：拉应力加速转变，压应力
阻碍转变外加应力对比 容的影响 塑性变形：造成晶粒破碎和晶格扭曲，缺陷密度，还可能伴有碳 化物析出A稳定性，转变加快。 含有Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素的钢
四、IT图的基本类型
1.P转变与B转变曲线部分相重叠：一个“鼻子” 鼻温 P转变 <鼻温 B转变 碳钢或含非（弱）碳化物形成元素的低合金钢 2.P转变与B转变曲线相分离，出现过冷A稳定区，P转变的孕育期比B 转变的长。含Cr、Mo、W、V强碳化物形成元素的钢。40CrNiMoA。 3.只呈现B转变曲线 合金元素大大推迟P转变孕育期，P转变曲线未出现。 镍含量较多的低碳和中碳铬镍钼钢或铬镍钨钢，18Cr2Ni4WA。
二、C曲线的特点和分析
特点：
1）过冷奥氏体在不同温度的等温转变都
有一个孕育期；
2）随温度下降，孕育期先缩短后增加；
3）过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物
A1-550℃ 550℃-Ms
P转变区 B转变区
高温 中温
Ms-Mf
M转变区 低温
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
转变加快。但是这两个因素随 过冷度的变化是恰好相反，相 互矛盾的“鼻子”的形成
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：驱动力△Gv和原子的扩散系 数D。等温温度愈低，过冷度大，驱动力△Gv大，等温转变速度越大；但 等温温度愈低，扩散系数D减小，原子扩散能力下降，转变速度减小；这 两个因素的作用是矛盾的。 （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。
珠光体型组织----片层越细，硬度 贝氏体：过饱和的和Fe3C非片层状的混合物，
上贝氏体 550-350℃ 羽毛状 HRC45 下贝氏体 350℃-Ms 针 状 HRC55 马氏体：过饱和碳的-Fe固溶体。
珠光体组织
下贝氏体组织
马氏体组织
二、C曲线的特点和分析
2.过冷奥氏体稳定性分析 由两个因素决定： 1）新、母相的自由能差G； 2）原子的扩散系数D。 G和D的增大都使A稳定性，
§3-1 IT图
2.膨胀法：利用钢在相变时发生的比容变化。 AFPBM 优点—测量时间短，需要试样少； 缺点—拐点的确定。 3.磁性法：利用奥氏体为顺磁性，其转变产物F、B、M为铁磁性的特点。 优点—试样少、测试时间短和易确定各转变产物达到一定百分数所需时间。 缺点—无法测出过共析钢的先共析产物的析出线、 亚共析钢珠光体转变的
0
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
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。
碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti
P转变移向高温 B转变移向低温
C曲线分离
三、影响IT图的因素
1）钴的影响：溶入A中， 使C曲线左移。
2）Ni的影响：C曲线右移 3）Mn的影响：C曲线右移Mn的作用大于Ni 4）Cr的作用：①C曲线右移，对B的推迟作用大于对P的推迟作
用； ②C曲线分离，3% Cr，完全分离。 5）Mo和W的影响：推迟P转变，对B转变影响不大。 6）B的影响：微量，过冷奥氏体的稳定性
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
二、C曲线的特点和分析
珠光体：A等温分解为片状和片状Fe3C的机械混合物----片层状组织。 等温转变的温度越低，形成的和Fe3C越细。 按片层的粗细分别称为：珠光体、索氏体（细P）S、屈氏体（极细P）T 共析钢： A1-650℃ P 650-600℃ S 600-550℃ T
四、IT图的基本类型
4. P转变与B转变曲线相分离， P转变的孕育期比B转变的短。 碳含量较高的合金钢。Cr12MOV。 5.只呈现P转变曲线。合金元素大大延长B转变孕育期。 碳和强碳化物形成元素含量较高的钢。不锈钢4Cr13、工具钢
Cr12 6.只析出碳化物，无任何其它相变。 碳和合金元素含量较高的钢。奥氏体钢，4Cr14Ni14W2Mo。
第三章 钢的过冷奥氏体转变图
山东科技大学材料科学与工程学院
第三章 钢的过冷奥氏体转变图
重点： 1.掌握“C”曲线的含义； 2.掌握影响过冷奥氏体转变曲线的因素。 意义： 1.钢件热处理后的性能在很大程度上取决于冷却时A转变产物类型和形态； 2.转变温度及冷却速度不同，过冷奥氏体将按不同机理转变成不同组织（P、 B、M）； 3.通过研究不同冷却条件下钢中A组织的转变规律对于正确制定热处理工艺、 合理选材有重要的实际意义。
第三章 钢的过冷奥氏体转变图
过冷奥氏体：在临界点以下存在且不稳定将要发生转
变的奥氏体。
等温转变图
T T T（ Time –Temperature- Transformation） I T（ Isothermal -Transformation ）图
连续冷却转变图
C C T（Continuous - Cooling -Transformation)或C T图
②Wc<0.6%，Mf显著下降；Wc>0.6%，Mf下降缓慢，Mf<0℃（低于
室温）。
三、影响IT图的因素
பைடு நூலகம்
2.合金元素的影响
除钴、铝（>2.5%）外 凡溶于A中----C曲线右移
未溶于A中----C曲线左移
不改变C曲线形状
非（弱）碳化物形成元素：Ni、Mn、Si、Cu、B
C曲线形状
C曲线右移、Ms点下降
（时间用对数表示）， 转变开始线、转变终了线。C曲线 优缺点----直观、结果不连续、费时
§3-1 I T图
§3-1 IT图
孕育期 鼻子
转变开始 转变终了
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
温度
(℃)
800
A1
700
600
500
400 300 200 100
0
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
开始线。Why？
§3-1 IT图
4.热分析法：利用钢相变时的热效应。 优点—适用于潜热大、转变速率快的过程，如熔化、凝固 缺点—不适用潜热小、转变速率慢的过程，如大部分扩散
型固态相变 5.电阻法:利用相变时电阻值的变化 缺点：精度不高
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
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
3.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
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）。
二、CT图的分析
➢ 共析钢：只出现P和M转变区，
无B转变区
➢ P转变区:三条曲线—转变开始线、
转变终了线、转变中止线
➢ M转变区：两条线—Ms线(该温
度下M开始形成） Vc1--冷速高于该值时部分或全 部A可过冷到M区
二、CT图的分析
临界冷却速度：Vc和Vc1
Vc—保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马 氏体区的最小冷速上临界冷却速度，淬火临界冷却速度 Vc1—保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不发生马氏体 转变的最大冷却速度下临界冷却速度 与共析钢的区别： ①亚共析钢：出现铁素体析出区 V析出量，出现B转变区Ms右侧下降 ②过共析钢：出现先共析渗碳体析出线，无B转变区Ms右侧升高
§3-1 I T图
一、IT图的建立 1.金相法 步骤：1）加热奥氏体化，保温15min；
2）T1(<Ac1)---t1t2t3t4...，迅速淬入盐水中； 3 )确定转变开始时间（1%）和转变终了时间(98%),绘出T1下以A
转变量—时间为坐标的等温转变动力学曲线； 4）同样方法绘出不同温度下的动力学曲线； 5）将各个温度下的等温转变开始和终了时间绘在T—t坐标图上
一、CT图的建立 1.金相—硬度法：加热A化恒定冷速至不同温度，立即急冷。组织观察
测量硬度M转变量-时间-冷速关系曲线，对应到T—t图上。
§3-2 CT图
2.端淬法：标准试样-- 25×100㎜ 等距钻孔。末端喷 水不同时间，各点冷速不同，对各点进行金相观察 各点转变产物及相对量。
3.膨胀法：利用膨胀仪测定膨胀曲线的有关转折点。
三、影响IT图的因素
1.含碳量的影响 1）亚共析钢--c，C曲线右移，过共析钢-- c， C
曲线左移； 共析钢最稳定 2） c，Ms、 Mf点下降； 3）亚共析钢—多了一条先共析铁素体析出线，
过共析钢—多了一条先共析渗碳体析出线。
奥氏体中含碳量的影响:
温 度
A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
➢ 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。
线：纵坐标为温度，横坐标为 时M 线。f间线，，临转界变开点始A1线线，，转M变S线终，了
A区区：A，1以过上冷为A稳等定温A区转，变过区冷
（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。
合金元素对C曲线位置及形状的影响
合金元素对C曲线位置及形状的影响
三、影响IT图的因素
3.奥氏体状态的影响 1）奥氏体的晶粒度—主要影响
先共析、P、B转变。晶粒越 小，C曲线左移，即转变越 快。对M转变，晶粒越粗大， Ms点。
三、影响IT图的因素
2）奥氏体均匀性：A成分越不均匀，先共析和P转变加 快，部分C曲线左移；B转变时间延长，转变终了线右 移； Ms点升高，Mf点降低。
400 300 200 100
0
过共析钢的TTT曲线
ACM
Fe3CⅡ A
A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ T+Fe3CⅡ
B
Ms
Mf
M + A残
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
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。
原因：
Ms
➢ 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
M 贝氏体转变时领先相为铁素体，随奥氏体f中碳含量的增加，获得铁素体
晶核几率下降。铁素体长大时，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。
➢ 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 。 Wc<0.6%，Mf比Ms下降得快。 ①碳含量增加， Wc<0.2%，Ms显著下降；Wc>0.2%，Ms直线下降。
3.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
过冷奥氏体连续冷却转变图（又称CCT图或CT图）： 综合反映了过冷奥氏体在连续冷却时的转变温度、时间和转 变量之间的关系（即反映了过冷奥氏体在不同的冷却速度下 转变的转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变 量与转变温度、转变时间的关系）。
1
§3-2 CT图