第3章C曲线

B下
M+A残
Mf (-55℃) M 1 10 102 103 104 105 106
图3-6 共析钢等温冷却转变曲线
Baidu Nhomakorabea高温转变 中温转变 低温转变
τ(s)
a.高温转变
共析钢奥氏体过冷到A1～550℃之间，等 温转变的产物属于珠光体型组织。奥氏 体转变成珠光体的过程也是一个铁素体 与渗碳体交替生核长大的过程。如图3-7 所示。
在650℃～600℃之间转变而得到的组织 为索氏体，又叫细珠光体；在600℃～ 550℃之间转变而得到的为屈氏体，又叫 极细珠光体。
电镜形貌
这三种珠光体类组织只有层片间距大小 之分，并无本质区别。
b.中温转变
共析钢奥氏体过冷到550℃～240℃之间 等温转变的产物属于贝氏体型的组织。 在这一温区上部转变形成上贝氏体;在这 一温区下部转变得到下贝氏体。下贝氏 体有较高的硬度和强度，塑性和韧性也 较好，而上贝氏体基本上无实用价值。
珠光体的形成
首先在奥氏体的晶界上产生渗碳体晶核，渗碳 体的含碳量高于奥氏体，所以要将周围奥氏体 中的碳原子吸收过来，与此同时，使附近的奥 氏体含碳量降低, 为铁素体的形成创造了有利 条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。 由于铁素体的溶碳能力很低，在其长大过程中 必须将过剩的碳转移到相邻的奥氏体中，从而 使相邻奥氏体区域中的含碳量升高，又为产生 新的渗碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏 体最终完全转变为铁素体和渗碳体层片相间的 珠光体组织。
3.1.2 热处理原理
温 度
A1 A3 Acm
加热
保温
冷却
时间
钢加热时的转变
C -曲线
C-曲线是对碳钢加热得到奥氏体后，在冷 却过程中组织转变进行分析的工具。
钢的热处理工艺有两种冷却方式：
(1)等温冷却转变:就是使加热到奥氏体的钢， 先以较快的冷却速度冷到A1线以下一定的温 度，然后进行保温，使奥氏体在等温下发生 组织转变。
c.低温转变
奥氏体在240℃以下碳原子移动极为困难。 奥氏体只发生同素异构转变，由面心立 方的γ-铁，转变为体心立方的α—铁。原 奥氏体中所有的碳原子都保留在体心立 方晶格内，形成过饱和的α—铁。这种碳 在α—铁中的过饱和固溶体叫马氏体。
残余奥氏体
共析钢奥氏体过冷到240℃(Ms)时，开始 转变为马氏体，随着温度下降，马氏体 逐渐增加，过冷奥氏体不断减少，直至50℃(Mf)时，过冷奥氏体才全部转变为 马氏体。所以，Ms与Mf之间的组织为马 氏体和残余奥氏体。
(2)连续冷却
T℃ 800
A1
600
400
b
Ms
200
de c
0
图3-9共析钢连续冷却转变曲线
a
秒)
a.为随炉冷却，冷却曲线与珠光体转变开 始线相交时，奥氏体开始向珠光体转变； 冷却曲线与转变终了线相交后转变完成。 由于转变是珠光体区进行的，所以得到 珠光体组织。
b.为在空气中冷却，由于冷速较快，转 变在索氏体区进行，所以转变产物为索 氏体。
（2）连续冷却转变：是指在冷却过程中，随 着时间的延长温度连续下降。在实际生产中 大多数的冷却过程是连续冷却。
一.钢在热处理时的冷却方式
温
保温
度
临界温度
热 加
连续冷却
等温冷却 时间
共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
T℃ 700 600 500 400 300 200
0
A1
P S
T
A过冷
B上
Ms (240 ℃ )
连续冷却曲线与等温C曲线的比较
连续冷却曲线位于等温C曲线右下方， P转变温度更低，时间更长； 共析钢及过共析钢的连续冷却曲线中 无B型转变，而多了一条P转变终止线； 亚共析钢在连续冷却时在一定温度范 围内过冷A会部分转变为B。
由于CCT曲线测定比较困难，许多钢至今 仍无，实际热处理中常参照C曲线来定性 估计连续冷却转变过程。
由于含碳量不同，马氏体有两种形态。 含碳量较高的马氏体组织呈针叶状，叫 针叶马氏体。含碳量较低的马氏体组织 为板条状，叫板条马氏体。
组织 低碳
含碳 量 %
HRC
机械性能
b
(Mpa)
ak J/cm2
ψ(%)
0.2 40~45 1500 60 20~30
高碳 1.2 60~65 500 5 2~4
临界直径是一种直观衡量淬透性的方法。 临界直径是钢在某种淬火冷却介质中冷 却后，心都能得到半马氏体组织（50%） 的最大直径，用Do表示。
顶端淬火法
临界淬透直径
油淬 水淬
习题
1. A1线的物理意义是什么？ 2. C曲线是描述什么组织发生转变的图形？ 3. 奥氏体在600℃，500 ℃和300 ℃保温过程
亚、过共析钢的TTT曲线
2. 钢的淬透性
(1)淬透性的概念
钢的淬透性是指钢在淬火时能获得淬硬层深度 的能力，它是钢材本身固有的属性。
淬火时，工件截面上各处冷却速度是不同的。 其表面冷却速度最大，大于该钢的马氏体临界 冷却速度，淬火后获得马氏体组织。愈到中心 冷却速度愈小。在距表面某一深处的冷却速度 开始小于该钢的马氏体临界冷却速度，则淬火 后将有非马氏体组织出现，这时工件末被淬透。
中分别会发生什么转变，转变过程各是怎 样的？
4. 什么是马氏体转变？马氏体的性能怎样？ 5. 钢的淬透性是指什么？ 6. 钢在油中淬火会发生什么组织转变？
Fe3C
A
F Fe3C
图3-7 珠光体转变过程示意图
P(Fe3C+F)
珠光体的形成过程中需要碳原子的移动。 温度高时碳原子移动距离大，所形成的 珠光体片层较宽，温度较低时碳原子移 动困难，所形成的珠光体片层较密。在 727℃～650℃之间转变得到的组织为珠 光体；
珠光体的形成过程中需要碳原子的移动。 温度高时碳原子移动距离大，所形成的 珠光体片层较宽，温度较低时碳原子移 动困难，所形成的珠光体片层较密。在 727℃～650℃之间转变得到的组织为珠 光体；
(2)淬透性对力学性能的影响
淬透性好的钢，其 力学性能沿截面是 基本相同的；而淬 透性差的钢，其力 学性能沿截面是不 同的，愈靠近心部 的力学性能愈低， 特别是韧性值更为 明显。
(3)淬透性的测定与表示方法
淬透性的测定方法很多，按GB225规定， 结构钢末端淬透性试验(端淬试验)法是最 常用的方法。用来测量淬透层的厚度。
二) 共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较
温度
(℃) 800
稳定的奥氏体区
A1
700
600
CCT曲线
500
400
TTT曲线
300 Ms 200
100
0 Mf
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
A１
A１
TA
温 度 Ms
A→M Mf
时间
亚共析钢
TA
温 度 Ms
A→M Mf
时间
过共析钢
c.为油冷，冷却曲线只与珠光体转变开始线相 交(在屈氏体转变区)，未与转变终了线相交。 所以只有一部分奥氏体发生了转变，转变产物 为屈氏体；而另一部分奥氏体则在冷却到Ms线 后转变为马氏体。最后得到的是马氏体和屈氏 体的混合组织。即为油中冷却的产物。
d.为水冷，由于冷速快，冷却曲线未与珠光体 转变开始线相交，待冷到马氏体转变开始线以 下时，奥氏体转变为马氏体。