钢的冷却转变
钢在冷却时的转变
珠光体 P ，3800×
过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
组织名称 表示符号 形成温度范围 /℃ 硬度 片间距 /nm 能分辨片层的 放大倍数
珠光体 索氏体 屈氏体
P S T
A1~650 650~600 600~550
170~200H B 25~35HRC 35~40HRC
150~450 80~150 30~80
四、过冷奥氏体的连续冷却转变
Ps —— A→P 开始线 Pf —— A→P 终止线 K —— P型转变终止线
Vk —— 上临界冷却速度
MS —— A→ M 开始温度 Mf —— A→ M 终止温度
of
3.3 & Chapter 3
800 700 600 500 400 300
T/℃
A1
A
始 转变开
αk
等温转变温度/℃
图3-16
共析纲的力学性能与等温转变温度的关系
3 、马氏体转变
马氏体 (M)：C在α－Fe中的过饱和固溶体。
转变特点： 1）无扩散型转变 Fe 和 C 原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固 溶强化显著。 2）降温形成 连续冷却完成。 3）瞬时性 M 的形成速度很快， 温度越低，则转变量越多。 4）转变的不完全性 M 转变总要残留少量 A，A中的C%越多，则 MS、Mf越低，残余 A含量越多。AR的量主要取决于MS和MF点的位置。
5） M形成时体积膨胀 造成很大内应力。
马氏体的组织类型
C% < 0.2% 时，为板条M（低碳M）。
板条M, 平行的细板条束组成
C% > 1.0 % 时，为针状M 。
Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃ 针状M（凸透镜状）
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料
§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。
将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。
该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。
2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。
孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。
二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。
铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。
珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。
碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。
转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。
上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。
钢的冷却转变讲解
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。 b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。 c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
线是两条C曲线。 d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
临界温度
加热
保温
连续 冷却
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线； Pf：P转变结束线；
K: 是P转变终止线； VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越
小，钢件在淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。 VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火所需的时间就越长。
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规 律，主要用于研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多 为连续冷却，所以难以直接应用，CCT图 （连续转变图，Continuous-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
合物。其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃
硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变是一个非常重要的过程，它决定了钢的力学性
能和使用寿命。
这个过程可以被分为三个阶段：
第一阶段：初次冷却
在初次冷却阶段，钢的组织会发生初步的变化。
当温度降到钢的临界
温度以下时，钢中的所有组织都会开始转变。
这个过程是不可逆的，
一旦开始就不能停止。
第二阶段：持续冷却
在持续冷却阶段，钢的组织会进一步变化。
随着温度的降低，钢中的
残留奥氏体会逐渐转变为贝氏体。
这个过程会在几个小时内完成，然
后钢的组织就会保持不变，直到它被重新加热。
第三阶段：再次加热
在再次加热阶段，钢的组织会重新发生变化。
当温度达到一定程度时，钢中的组织开始再次转变，从贝氏体转变为奥氏体。
这个过程同样是
不可逆的。
以上就是钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程。
需要注意的是，在这个过程中，钢的组织变化是不可逆的，因此加热和冷却的过程必
须严格控制。
如果温度过高或过低，会导致钢的力学性能和使用寿命
都受到影响。
第三章 钢冷却时的转变
奥氏体化是钢的热处理重要的第一步。
在此基础上，在后续的冷却过程中可以通过控制过冷奥氏体分解，从而获得不同的组织。
钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。
在热处理生产中，钢制奥氏体化后通常有两种冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。
过冷奥氏体——在临界点以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。
第三章钢在冷却时的转变（过冷奥氏体分解）冷却条件的不同，过冷奥氏体可通过不同机制进行转变而获得完全不同的组织。
三种转变：珠光体、贝氏体、马氏体转变（1）珠光体转变：以缓慢速度冷却时，发生分解的过冷度很小，过冷奥氏体在高温下有足够的时间进行扩散分解，转变为近于平衡的珠光体型的组织。
扩散型相变这种冷却速度相当于炉冷或空冷的冷却方式，热处理生产上成为退火或正火。
（2）贝氏体转变——当冷却速度很快时，可以把奥氏体过冷至较低温度，此时碳原子尚可进行扩散，但铁原子不能进行扩散，奥氏体只能转变为贝氏体。
半扩散型相变（3）马氏体转变——当采用更快的冷却速度时，奥氏体迅速过冷至不能进行扩散分解的低温M S点以下，此时只能得到马氏体。
非扩散型相变。
这种冷却方式相当于水冷方式，生产上叫淬火。
过冷奥氏体分解同样是一个点阵重构和碳的扩散过程，也是一个形核和长大的过程。
§3.1 过冷奥氏体等温转变图§3.2 过冷奥氏体连续冷却转变图及应用§3.1 过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图的建立将奥氏体迅速冷至临界温度以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变称为过冷奥氏体等温转变。
测定过冷奥氏体等温转变图的方法有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法等。
将若干共析碳钢小试样加热到奥氏体状态，保温一定时间后迅速冷却到A1点以下不同温度，例如700℃、650℃、600℃等，随后在各温度下保温，每经过一定时间取出一个试样立即淬入盐水中，使未转变的奥氏体转变为马氏体。
其中马氏体为白色，分解产物为黑色。
钢在冷却时的转变
图4-5 珠光体的显微组织
3
奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程，如图4-6所示。当奥氏体过冷到A1 以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠其周围奥氏体 不断地供应碳原子而长大。同时，由于渗碳体周围奥氏体含碳量不断降低，从而为铁素体 形核创造了条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶碳能力低（<0.0218%C）， 所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中，使相邻奥氏体含碳量增高，这又为产生新的渗 碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间的珠光 体组织。
5
1.2 贝氏体转变及其组织
过冷奥氏体在550℃～Ms的转变称为中温 转变，其转变产物为贝氏体，所以又称贝氏 体转变。贝氏体用符号B表示，它是渗碳体分 布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物， 硬度也比珠光体型的高。奥氏体向贝氏体的 转变属半扩散型相变，铁原子基本不扩散而 碳原子有一定扩散能力。
6
9
生产上，中、高碳钢常利用 等温淬火获得以下贝氏体为主的 组织，使钢件具有较高的强韧性， 同时由于下贝氏体比容比马氏体 小，可减少变形开裂。
10
1.3 马氏体转变及其组织
当奥氏体以极大的冷却速度过冷到Ms以下时， 即发生马氏体转变。与珠光体转变和贝氏体转变不 同，马氏体转变是在连续冷却的过程中进行的，由 于过冷度极大，碳原子已无法扩散，过冷奥氏体以 非扩散的形式发生铁的晶格转变，即由面心立方晶 格的γ-Fe“切变”为体心立方的α-Fe中，形成了碳 在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，称之为马氏体，用 符号M表示。马氏体的成分与过冷奥氏体相同。
1 上贝氏体组织形态
上贝氏体在550～350℃温度范围内形成，在低碳钢中形成温度要高些。在光学显微镜下 呈羽毛状，即成束的自晶界向晶粒内生长的铁素体条，如图4-7（a）所示。在电子显微镜下， 可以看到铁素体和渗碳体两个相，渗碳体（亮白色）以不连续的、短杆状形状分布于许多平 行而密集的过饱和铁素体条（暗黑色）之间，如图4-8（a）所示。在铁素体条内分布有位错 亚结构，位错密度随形成温度的降低而增大。
钢在加热及冷却时的组织转变
十塚尤邯I十樓碳体I珠光体庶 C (%)―-2 •奥氏体的形成钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程形核长大残余渗碳体溶解均匀化共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P,加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C,加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。
因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。
原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
二、钢在冷却时的组织转变冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。
热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
()奥氏体冷却降至A i以下时（A以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将发生组织转变。
热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。
1 •奥氏体的等温转变奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
这是一种不稳定的过冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转变为稳定的新相。
这种转变就称为奥氏体的等温转变。
［等温冷却转变］:钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点（Ar i或A®线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。
［等温转变曲线］:可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“ TTT图”，T time，T temperature，T 1ransformation ”，又称为“C 曲线”。
iio ~io^~io 3~~io 1 ~io 5z/s共析钢等温转变曲线图等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在 A i 线以下不同温度进行等温转变 所获的产物。
7-第七讲-钢在冷却时的转变
9
（2）转变开始线与纵座标轴之间的距离称为 孕育期。孕育期愈长，过冷奥氏体愈稳定，转 变期也愈长。孕育期最短处，过冷舆氏体最不 稳定，转变最快，这里称为C曲线的“鼻尖”。
对于碳钢来说，“鼻尖”处的温度一般为550C
左右。
（3）过冷奥氏体在不同温度下的产物不同。
薛小怀 副教授
10
影响C曲线的因素
时分解的形核率，使奥氏体稳定性增加，C曲线
右移。
薛小怀 副教授
14
15
（1）碳含量的影响：
一般情况下，亚共析钢C曲线随碳增加右移，
过共析钢的C曲线随碳含量增加左移。共析钢中
过冷A最稳定。
薛小怀 副教授
11
与共析钢的C曲线相比，亚共析钢和过共析 钢的C曲线上部，还各多一条先共析相的析出 线。因为在过冷奥氏体转变为珠光体之前，在 亚共析钢中要先析出铁素体，在过共析钢中要
2
根据奥氏体冷却方式的不同将冷却过程分为 等温转变（曲线1）和连续冷却转变（曲线2）。
薛小怀 副教授
3
过冷奥氏体的等温转变曲线
共析钢加热到均匀奥氏体状态后，如果冷却 到A1线以下在热力学上是不稳定的，在一定条件 下要发生分解。 在A1以下存在且不稳定的、将要发生转变的 奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体的等温转变， 就是将奥氏体迅速冷却到低于A1的某一温度，并 保温足够时间。使奥氏体在该温度下完成其组织 转变的过程。
工程材料与焊接基础 第七讲
钢在冷却时的转变
钢在冷却时的转变
在钢的热处理中，冷却是一道非常关键的 工序。因为在加热、保温时得到的奥氏体，当 以不同的冷却条件冷却下来时，会得到性能差 异很大的各种组织。 只要选择恰当的冷却方式，便可以获得预
期的组织和性能。因此，了解钢在冷却时组织
5-2钢冷却时的组织转变
温度 (℃ ) 800
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
Mn、Si、Ni、Cu等非碳化物形成元素，仅仅使C曲线→， 但不改变C曲线形状；
除Co和Al之外，其余Ae使Ms点↘。
1 过冷γ的等温冷却转变图
(4)影响C曲线的因素
③ T和 t ：
γ化的T↗和保温t↗，碳化物充分溶解并成分均匀化，晶 粒粗大， γ越稳定，C曲线→。
2 过冷γ的连续冷却转变图-CCT图
③M转变区——Ms以下
M的组织形态和性能： M的组织形态取决于C%，当C%>1%时，全部得到片状M； 当C%<0.2%时，得到板条状M； 当0.2%<C%<1%时，得到混合M。
片状M主要在高碳钢和高碳合金钢中出现，故又叫高碳M。
片状M的立体形貌为透镜状，二维形貌呈竹叶状或针状， 故又叫针状M。
1 过冷γ的等温冷却转变图
1 过冷γ的等温冷却转变图
(3)过冷γ转变产物的组织形态与性能
②β转变区——550℃-Ms之间
在该温度区间保温，过冷γ转变成β，该转变叫做中温转 变，得到Fe3C和含C过饱和F的机械混合物，即β体。 片间距随着△T的↗而↘。 β转变属于半扩散型转变，C原子扩散而Fe原子不扩散。
1 过冷γ的等温冷却转变图
(3)过冷γ转变产物的组织形态与性能
①P转变区——A1-550℃之间
在该温度范围内，原子能充分扩散，随着T的↘，相变驱 动力↗，孕育期逐渐↘，转变速度↗。 A1-650℃—生成较粗片状的P组织，普通光镜下可分辨；
钢在冷却时的转变
1/1钢在冷却时的组织转变常识钢进行热处理冷却的目的是获得所需要的组织和性能，这需要通过采用不同冷却方式来实现。
冷却方式不同转变的组织也不同，性能差异较大。
奥氏体冷却至A1以下温度时将发生组织转变（A1温度以下还存在的不稳定奥氏体通常称过冷奥氏体）。
钢的冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
等温冷却的组织转变形式1.奥氏体的等温转变对过冷奥氏体（即：奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下还未转变的奥氏体）经过一段时间的等温保持后转变为稳定的新相。
这种转变过程就称为奥氏体的等温转变。
2.等温冷却转变钢经奥氏体化后迅速冷却至临界点Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。
等温冷却的组织转变产物与性能1.A1～550℃也称高温转变，获片状珠光体型（F+P）组织，按转变温度由高到低的顺序，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体；片层间距由粗到细，趋势是：片层间距越小，塑性变形阻力越大，强度和硬度越高1)A1～650℃获粗片状珠光体金相组织2)650～600℃获细片状索氏体金相组织3)600～550℃获极其细片状的托氏体金相组织2.550℃～M S 也称中温转变，获贝氏体型组织（过饱和的铁素体和碳化物组成，有上贝氏体和下贝氏体之分。
）1)550～350℃获羽毛状上贝氏体金相组织2)550℃～M S获黑色针状下贝氏体金相组织（这种组织强度和韧性都较高）3.M S线温度以下连续冷却时，过冷奥氏体发生转变获得马氏体组织，马氏体内的含碳量决定着马氏体的强度和硬度，总的趋势是随着马氏体含碳量的提高，强度与硬度也随之提高；高碳马氏体硬度高、脆性大，而低碳马氏体具有良好的强度和韧性。
连续冷却的组织转变过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度连续下降发生组织转变。
连续冷却有炉冷、空冷、油冷、水冷四种最为常用的连续冷却方式1)炉冷冷速约10℃/min，产生新相为珠光体，如退火的冷却2)空冷冷速约10℃/s，产生新相为索氏体，如正火的冷却3)油冷冷速约150℃/s，产生新相为托氏体+马氏体，如油淬4)水冷冷速约600℃/s，产生新相为残余奥氏体+马氏体，如水淬（残余奥氏体的存在降低了淬火钢的硬度和耐磨性，也会因零件在使用过程中残余奥氏体会继续转变为马氏体，从而使工件变形；一些重要精密的零件通常会通过把淬火后的工件冷却到室温以下并继续冷却到－80～－50℃来减少残余奥氏体含量的存在）。
材料科学基础-11-钢的冷却及组织转变——等温冷却
镍含量较多的低碳和中碳铬镍钼钢或铬镍钨钢，18Cr2Ni4WA。
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。
§11.4 钢的冷却及组织转变
热处理后的钢的组织与性能是由冷却过程来决定，控制A在冷却时的转 变是热处理的关键。
实际生产中大多数都是非平衡条件（如快冷），组织变化不能用铁碳 相图分析。
铁碳相图中，共析钢从奥氏体状态冷却到相变点A1点下会发生珠光体 转变，但实际上迅速冷却到A1点以下不会马上发生转变。
7
8
(2) 合金元素的影响
合金元素对C曲线的影响
9
2、奥氏体状态、奥氏体化条件
1）A晶粒细小 →晶界总面积↑ → 有利于新相形成→有利于先共析 和P转变→ C曲线左移（对M和B转变影响不大） 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。
2
四种类型的TTT图
3
亚共析钢C曲线
过共析钢C曲线
亚（过）共析钢的C曲线与共析钢C曲线类似，仅多条先析F（Fe3C）析出线（左上侧）
4
三、影响C曲线的因素 1、奥氏体成分
亚共析钢
过共析钢
碳含量对C曲线的影响图
5
(1) 碳含量的影响 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，最靠右
钢的冷却转变曲线
钢的冷却转变曲线
钢的冷却转变曲线是钢经历升温到一定温度后开始冷却的过程中，其温度和时间之间的关系曲线。
钢的冷却转变曲线通常包括以下几个重要阶段：
1. 加热阶段：钢材在室温下开始加热，温度逐渐升高。
2. 相变阶段：当钢材达到一定温度时，会经历相变过程。
对于大多数碳钢而言，这个温度称为临界点。
在相变过程中，钢材的晶体结构发生改变，由面心立方(fcc)结构转变为体心立方(bcc)结构。
这个相变过程会伴随着吸热，导致温度暂时停滞
或上升。
3. 冷却阶段：在相变结束后，钢材开始迅速冷却。
冷却速率会影响钢材的硬度和组织结构。
较快的冷却速率可以产生较硬的材料，而较慢的冷却速率则会产生较软的材料。
4. 马氏体形成阶段：当钢材冷却到一定温度以下时，会发生马氏体形成的过程。
马氏体是一种具有高硬度和强度的组织结构，通常通过淬火来加速形成。
5. 冷却结束阶段：钢材冷却到室温后，冷却转变曲线结束。
此时钢材的组织结构和硬度已经固定。
钢的冷却转变曲线可以根据具体合金元素的含量、冷却速率以及处理工艺等因素而有所不同。
不同的冷却转变曲线可以满足
不同的应用要求，例如制备具有不同硬度、韧性和抗腐蚀性能的钢材。
钢在冷却时的组织转变
钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变，这个话题一听就觉得有点儿专业，但其实挺有意思的。
想象一下，把一块热乎乎的钢铁放在水里，哇，那一瞬间就像是给它来了个“冰桶挑战”。
这时候，钢的内部结构开始忙碌起来，简直是个小工厂在快速运转呢。
钢铁的成分和冷却的速度就像人类的性格一样，各有各的特点，慢慢来和快刀斩乱麻的效果完全不同。
你知道吗，钢的冷却就像是一个舞蹈。
刚开始的时候，热气腾腾的钢像个热情的舞者，随着温度的降低，它的舞姿开始发生变化。
一开始是那种流畅的感觉，冷却得慢，结晶的过程很优雅，像是优雅的芭蕾舞。
但要是冷却速度快，就变成了“急转弯”，结晶过程就会产生一些小麻烦。
就好比一位舞者突然摔了一跤，哎呀，这样可不行，得赶紧调整姿势。
这样的变化就是钢中不同组织的转变。
说到这里，不能不提到钢铁的几种常见组织。
淬火钢就像是小鸟展翅高飞，给人一种强烈的感觉，硬度特别高，抗压能力也很棒，感觉随便能拎起一座楼来。
而如果是退火钢，哎呀，那就像是刚睡醒的懒猫，软软的，温柔得很，弹性好得让人感到惊讶。
它的处理过程就像是给钢铁做了个全面的“水疗”，恢复了活力。
这些不同的组织变化决定了钢铁的性格，真是“千姿百态”啊！冷却过程中还有一些意想不到的“小秘密”。
比如说，冷却得太快，内部就容易出现“裂纹”。
这就像是泡泡糖吹得太大，啪一声，唉，不小心破了。
钢铁的结构如果不稳固，使用时就很容易出问题，真是“前怕狼，后怕虎”。
所以，控制冷却速度就像做菜，要火候掌握得当，才能煮出美味的佳肴。
再说说，这些冷却后的组织对钢的性能影响可大了。
比如说，马氏体组织就像个小强，无论怎样都很难被击倒，硬度和强度都出奇地高。
而珠光体组织呢，就像个聪明的家伙，柔韧性好，耐磨损，使用范围广，感觉就像是“百搭”的衣服，哪里都能穿。
这样的性能差异让钢铁在各种应用中都有了“定制”的可能，真是让人佩服。
除了这些物理性质，钢的冷却过程还和实际应用息息相关。
在建筑中，钢铁的强度关系到整个大厦的安全，工业设备中的钢材性能更是直接影响到生产效率。
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三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规 律，主要用于研究相变机理、 组织形态等。在一般热处理生产中，多 为连续冷却，所以难以直接应用，CCT图 （连续转变图，Continuous-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
3、影响过冷A等温转变图形状的因素
①临界点位置不同；② P、B转变的C曲线位置不同；③ Ms 不同。这些的主要影响因素有合金元素的影响、A晶粒尺寸 的影响。 (一)合金元素的影响
1. 碳的影响
●亚共析碳钢：C%↑，C曲线向右移；
●过共析C钢：C%↑，C曲线向左移；
●共析钢：使过冷A最稳定，即其C曲线处于最右的位置。
45钢CCT图（奥氏体化温度880℃）
Cr12钢CCT图（奥氏体化温度1050℃）
过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 P相变区、B相变区和M相变区。以T8钢为例，同温度的 转变产物如图所示：
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状 Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着T↓，片状
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
3）选择淬火介质
当CCT鼻子处孕育期为2S时，φ 25零件水淬可淬硬； 当CCT鼻子处孕育期为5～10S时，φ 25零件油淬可淬硬；
当CCT鼻子处孕育期为＞100S时，φ 25零件空气中即可淬硬；
（三） IT 曲线与CT曲线的比较
1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。
CT：能较准确地用来作为制定、分析热处理工艺的依据。
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
保温 连续 冷却
临界温度
加热
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。 由于Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或者冷却条 件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响， 而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过 冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充， 下面将进行分别讨论。
中所需扩散时间就越长，故C曲线右移。
过冷奥氏体等温转变图类型 根据C曲线的形状以及P、B、M转变区相互位置的不 同，在Ms点温度以上时的C曲线大致可归纳为以下几种 类型
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。
b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。
c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
等温转变曲线
又称TTT曲线或IT曲线或C曲线
连续冷却转变曲线
又称CCT曲线
TTT曲线
CCT曲线
Temperature-Time-Transformation
IT曲线 Isothermal Transformation
Continuous-Cooling-Transformation
二、过冷奥氏体等温转变曲线
2.位置：CT在IT的右下方，即CT的过冷度、孕育期较IT大
①13mm钢板：油冷。按 照等温转变图，应在 690℃开始转变，640℃ 结束，但实际上是 660℃开始转变，590℃ 结束； ②11mm：水冷,按照等 温图可得部分P型组织， 但实际上能得全部M., 可见应用CT曲线更符合 实际情况。
含0.84%碳钢CT图与IT图
★钴：使等温转变的开始线和终了线都左移，即缩短孕育期， 但不改变C曲线的形状。
★镍：不改变C曲线的形状，但能显若提高过冷奥氏体的稳
定性，延长孕育期，并使鼻子略向下移。
★锰：锰为弱碳化物形成元素，其作用与镍相似，使C曲线
右移但不改变其形状，锰使C曲线右移的作用大于镍。
★铬：铬能显著提高过冷奥氏体的稳定性，并且使C曲线形状
1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立
共析碳钢IT图
2、过冷A等温转变图的基本形式
结构: 1）A1是临界点； 2）转变开始线左方是过冷A区；
3）转变结束线右方是转变结束区（P或B）；
4）两线之间是转变过渡区：
A→P转变的A＋P区； A→B转变的A＋B区。 5）水平线Ms为马氏体转变开始温度， 其下方为马氏体转变区。这是一幅比
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线；
K: 是P转变终止线；
Pf：P转变结束线；
VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越
小，钢件在淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。 VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火所需的时间就越长。
（二）用途： 如果我们知道了某钢中的CT曲线，我们就能利用它估 计某连续冷却转变的温度范围、转变所需时间、转变产物 及其性能。 1）预测热处理后零件的组织及性能 2）确定临界冷却速度VK 用于选材、选淬火介质的重要参数之一。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃ 硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃ 硬度HRC45～55
③马氏体转变区域（低温转变） 温度范围：Ms～Mf 对T8而言： M转变区域约在240～－50℃。 随着T↓,M%量↑，但即使再低，也不是所 有A全部转变 M，总有一部分保留在钢中， 称残余奥氏体A′。
2. 除Co以外，所有溶入A后的合金元素都增大A稳定
性，使C曲线右移。
如果未溶入奥氏体，则存在未熔的碳化物或夹杂物，
往往会起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏体的
转变，使C线左移。
●根据合金元素对IT图的影响，可将合金元素分为两大 类： （1）非（或弱）碳化物形成元素，主要有钴、镍、锰、 硅、铜和硼。际钴外，都不同程度地同时降低珠光休转变 和贝氏体转变的速度，即使C曲线右移，但对C曲线的形 状影响不大，仍呈现与碳钢相似的单一“鼻子”。
较简单的过冷A等温转变图。
特点： 1）过冷A在不同温度(T)的等温分解时都有一个 孕育期t,孕育期随等温温度T的改变而改变。 ●在鼻尖上部：孕育期随T↑而延长；
●在鼻尖下部：孕育期随T↓而延长；
●在鼻尖处：孕育期最短，此时A最不稳定，是转变速度的
极大值。 这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而 铁、C原子的扩散却依过冷度的增大而减小，这一对矛盾因 素综合影响的结果： ●鼻尖以上：自由能△G起主要作用，相变受△G大小的制约 ●鼻尖以下：矛盾的主要方面是Fe、C原子扩散，即相变受 Fe、C原子扩散速度的制约。
对T8而言，对应温度的相变组织和性能： A1～650℃： A→P 硬度 HRC32～11 650～600℃：A→S 硬度HRC32～38（属Fe、C原子 的扩散型转变） 600～550℃：A→T 硬度HRC32～40
②贝氏体转变区域（中温转变） 温度范围：C曲线鼻尖温度～Ms。 B是过饱和C的铁素体和渗碳体非片层状的混 合物。其形态、性能及形成过程都和P不同。
4、过冷奥氏体转变曲线
为什么要研究过冷奥氏体转变图？
①钢加热到A状态，用不同的介质，A在不同的过冷度下 转变的产物（P、B、M或它们的混合组织）的组织与性 能有很大差别，导致钢材最终性能的多种多样。 ②钢的过冷A转变动力学图是研究某一成分的钢在过冷A 转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。
过冷奥氏体 转变曲线
第二部分 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变冷奥氏体？
如果将奥氏体状态的钢冷却到A1温 度以下，由于在此温度下奥氏体的自 由能比铁素体与渗碳体两相混合物的 自由能高，在热力学上处于不稳定状 态。因此奥氏体将发生分解，向珠光 体或其它组织转变，在临界温度A1以下 处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。
冷却转变的情况时，所得结果不能精确，只能是定性地说明问题。
5）确定淬火临界冷却速度Vc ●利用IT图确定的淬火临界冷却速度
V
' c
A1 t m
m
℃/s
●利用CT图确定的淬火临界冷却速度
A1 t m Vc 1.5 m
℃/s
实线——奥氏体等温分解开始线 虚线——奥氏体连续冷却分解开始线
线是两条C曲线。
d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转 变（A→B）
4、IT图的应用
1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一： ①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得 到的组织； ②制定等温淬火和分散淬火的工艺； ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律 与等温冷却有相当大的差异。 因此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺 提供定性数据，它的直接应用受到很大的限 制。
改变。使转变孕育期延长，使珠光体转变C曲线向高温方向移
动，而贝氏体转变C曲线向低温方向移动；当铬含量较高时(如
超过3％)，可使两曲线完全分离；铬对贝氏体转变的推迟作用
大于对珠光体转变的推迟作用。
(二) A晶粒尺寸的影响（加热温度作保温时间的影响） ●晶粒越细：C曲线左移（A分解的晶核数增多，P易于形核） ●晶粒越粗：C曲线右移； ●成分越均匀：A分解的晶核数量减少，新相形核及长大过程
2、奥氏体的冷却条件分两大类：
1） 平衡冷却条件
特征：不考虑时间因素的极其缓慢的冷却。Fe－Fe3C相
图就是这样获得的。
2）非平衡冷却条件
特征：受时间因素的影响在人们的生产实践中，更多遇 到的是非平衡冷却条件的相变，掌握过冷A的非平衡 冷却条件下的转变规律，对热处理生产指导意义更直 接。