第二章 钢的冷却转变

温度 (℃)
800
700
600
500
400 300 Ms
200
100 0 Mf
过共析钢的TTT曲线
ACM
Fe3CⅡ A
A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ
T
B
M + A残
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
（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
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
104 时间(s)
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。
为什么呈C字形（存在鼻点）？
过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和 扩散能力，而△T↑， △G ↑ ，D↓。
在A1~ 550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较 快,转变速度较快。
550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来 越慢,因而转变速度减慢。
（二）非共析钢的过冷A等温转变曲图
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。
49.3 45～50
48 12～14
15～18 18～24 45～60 52～6
一 过冷奥氏体恒温转变动力学曲线的建立
1. 定义： 过冷奥氏体：存在于A1温度以下的奥氏体。 过冷奥氏体特点： （1）结构与一般奥氏体相同； （2）热力学不稳定 （3）当给与足够的T，t会转变为其他产物。
过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）
和合金元素的影响，图形比较复杂。
常见的C曲线有六种形状：
第一种：两组C曲线完全重迭，如亚共析碳钢、含 非碳化物形成元素Ni、Cu、Si、<1.5%Mn的合金钢
两组C曲线部分重迭，但2个鼻子时间基本相同（不 常见），如37CrSi.
第二、三种：两组C曲线分离，且两组C曲线鼻子对应 的时间有差异。如20Cr、40Cr、12Cr2Ni4、40CrNi、 35CrMo、40CrMn（B的时间短）（含少量碳化物形成 元素）；GCr15、9Cr、9Cr2、CrMn、CrW、CrWMn（P 的时间短）。
（一）共析钢的C曲线分析 (1).线、区的意义
M线S线：，纵M坐f标线为，温转度变，开横始坐线标，为转时变间终，了临线界。点A1线， 变区区：（AA1以→P上、为A稳→定BA）区，，转过变冷产A物区区，（过P冷、AB）等，温M转 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。
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 连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。
四、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
量的关系曲线。
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图(1)
温度
(℃)
800
A1
700
600
500
400 300 200 100
0
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图(2)
二 过冷奥氏体恒温转变产物动力学曲线及特点
1、过冷A等温转变动力学图的基本形式
温 度
热 加
保温
临界温度
连续冷却
等温冷却 时间
表45钢经840℃加热后，不同条件冷却后的机械性能
冷却方法
σb,MN/m 2
σs,MN/m 2
δ，%
ψ，%
HRC
随炉冷却 530
280
空气冷却 670～720 340
油中冷却 900
620
水中冷却 1100
720
32.5 15～18 18～20 7～8
碳化物形成元素如Cr、Mo、V、W、Ti等既 使“C”曲线右移，又使其形状分成上下两 部分。
3.奥氏体晶粒尺寸：奥氏体晶粒与奥氏体化 条件有关，加热温度高保温时间长，奥氏 体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳 定性增加，“C”曲线右移。反之“C”曲线左 移。
4.原始组织：钢的原始组织越细小，单位体 积内晶界越多，过冷奥氏体转变的形核率 越高，同时原始组织越细小有利于C原子扩 散，奥氏体形成时达到均匀化时间短，相 对长大时间长，相同条件下易使奥氏体长 大并且均匀性提高，“C”曲线右移。
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
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;
IT－Isothermal Transformation
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。
实验步骤:
（1）选择一系列试样，将试样加热奥氏体化； （2）将试样在A1点下不同温度保温不同时间； （3）淬水冷却，以保留，固定转变产物； （4）确定各温度、时间下转变产物及转变量； （5）建立转变温度，转变时间与转变产物、转变
2 中温转变—贝氏体转变( 550℃~220℃ )
A→ B (F+Fe3C),其中F具有一定过饱和度
A→ B上(550℃~350℃ ）羽毛状
Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生 脆断 ,HRC=45 。
A→ B下(350℃~220℃ ）针状
强韧性好, Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内
向上曲折
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。
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。
(2).M型转变：低温区（在MS以下）、过冷度大， 发生M转变的区域，A→M；非扩散型相变
的(区3)域.B，型A转→变B：。中半温扩区散（型5相50变℃～MS），发生B转变
需要指出的是，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；
3 低温转变---- M转变(C在α--Fe中过饱和固溶体) Ms → Mf HRC= 62 ~ 65
影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分：Wc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
影响C曲线的因素
1. 含碳量的影响 随着奥氏体C%增加，过冷奥氏体稳定性提
0 Mf
-10104 时间(s)
1、CCT曲线相对于TTT图 向右下方移动
2、CCT曲线只有相当于 TTT图上半部分
3、共析、过共析钢的CCT 图上不出现B相变。
4、转变在一个温度范围内 完成，往往获得混合组织
第二章 钢的冷却转变
基本要求
1.过冷A冷却方式、过冷奥氏体转变动力学图类型 2. 过冷A等温转变动力学图、 （1）共析钢的过冷奥氏体等温转变曲图（C曲线）
分析 （2）非共析钢的过冷A等温转变动力学图与共析钢
的过冷A等温转变动力学图的异同，合金钢的过冷A 等温转变图类型 （3）影响过冷A等温转变动力学图形状的因素 3. 过冷A连续冷却转变图
• 第四种：两组C曲线完全分离，P明显右移，只有B转变 曲线。如：45Cr3、40Cr2Ni4、35CrNi3Mo、5CrNiMo、 5CrNiMoV、3Cr2W8 • 第五种：两组C曲线完全分离，B明显右移，只有P转变 曲线。如：Cr12， Cr5MoV，Cr12MoV，W18Cr4V
•第六种：两组C曲线强烈右移，0℃»Ms，室温以上只 有碳化物析出线而不出现C曲线。如：4Cr14Ni14W2Mo
5变形：奥氏体比容最小，马氏体比容最大，
奥氏体转变时体积膨胀，施加拉应力加速 其转变，使“C”曲线左移，施加压应力不 利其转变，使“C”曲线右移。
2.3 过冷奥氏体连续转变动力学
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）。
高，“C”曲线右移；当C%增加到共析成分， 过冷奥氏体稳定性最高。随着C%进一步增 加，奥氏体稳定降低，“C”曲线反而左移。 同时C%越高，Ms点越低。