共析钢C曲线与CCT曲线比较图
共析钢TTT-CCT图分析
共析钢TTT-CCT图分析TTT曲线过冷奥⽒体等温转变曲线——TTT曲线(Time，Temperature，Transformation)过冷奥⽒体等温转变曲线可综合反映过冷奥⽒体在不同过冷度下的等温转变过程：转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系等。
因其形状通常像英⽂字母“C”，故俗称其为C曲线，亦称为TTT图。
C曲线中转变开始线与纵轴的距离为孕育期，标志着不同过冷度下过冷奥⽒体的稳定性，其中以550℃左右共析钢的孕育期最短，过冷奥⽒体稳定性最低，称为C曲线的“⿐尖”。
图中最上⾯⼀条⽔平虚线表⽰钢的临界点A1(723℃)，即奥⽒体与珠光体的平衡温度。
图中下⽅的⼀条⽔平线Ms(230℃)为马⽒转变开始温度，Ms以下还有⼀条⽔平线Mf(-50℃)为马⽒体转变终了温度。
A1与Ms线之间有两条C曲线，左侧⼀条为过冷奥⽒体转变开始线，右侧⼀条为过冷奥⽒体转变终了线。
A1线以上是奥⽒体稳定区。
Ms线⾄Mf线之间的区域为马⽒体转变区，过冷奥⽒体冷却⾄Ms线以下将发⽣马⽒体转变。
过冷奥⽒体转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥⽒体转变区，在该区域过冷奥⽒体向珠光体或贝⽒体转变。
在转变终了线右侧的区域为过冷奥⽒体转变产物区。
A1线以下，Ms线以上以及纵坐标与过冷奥⽒体转变开始线之间的区域为过冷奥⽒体区，过冷奥⽒体在该区域内不发⽣转变，处于亚稳定状态。
在A1温度以下某⼀确定温度，过冷奥⽒体转变开始线与纵坐标之间的⽔平距离为过冷奥⽒体在该温度下的孕育期，孕育期的长短表⽰过冷奥⽒体稳定性的⾼低。
在A1以下，随等温温度降低，孕育期缩短，过冷奥⽒体转变速度增⼤，在550℃左右共析钢的孕育期最短，转变速度最快。
此后，随等温温度下降，孕育期⼜不断增加，转变速度减慢。
过冷奥⽒体转变终了线与纵坐标之间的⽔平距离则表⽰在不同温度下转变完成所需要的总时间。
转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕育期的变化规律相似。
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。
CH4 TTT图和CCT图PPT(打印版)
马氏体组织
授课 朱世杰
钢的过冷奥氏体转变
马氏体力学性能：
钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬度和高强度。
马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。 其硬度和屈服强度随含碳量的增加而升高。
马氏体的塑性和韧性 主要取决于马氏体的亚结构。
在相同屈服强度下，板条马氏体比片状马氏体具有较高 的韧性。
授课 朱世杰
钢的过冷奥氏体转变
共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能
转变温度范 围 A1～650℃ 约650～600℃ 过冷程 度 小 中 转变产 物 珠光体 索氏体 代表符 号 P S 组织形态 粗片状 细片状 层片间距 约0.3μm 约0.1～ 0.3μm 转变产物硬度 HRC <25 25～35
•
• •
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。
•
冷却条件分为两大类：一是平衡冷却条件或接近于平衡
冷却条件，特征是不考虑时间因素，或者说时间无限长，FeFe3C相图就是在这种条件下获得的。二是非平衡冷却条件， 它受时间因素影响。 • • 相变动力学是研究新相形成量与时间、温度关系的学科。 钢的过冷奥氏体转变动力学图就是研究某一成分的钢的
热处理1
钢在热处理冷却时的组织转变相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。
连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却二、等相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
1. 等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。
2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却二、等温冷却C曲线过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立.1.相图的建立① 把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组② 取一组试样,在盐炉内加热使之A化.③ 将A化后的试样快速投入 A1 以下某一温度的浴炉中进行等温转变④ 每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。
共析碳钢等温转变图（C曲线）将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上,并分别连接起来,即得C曲线.2. 图形分析3. 等T转变特点① 过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。
孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。
TTT和CCT
（二）非共析钢的过冷A等温转变曲图与共析钢的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。
（三）塑性变形 塑性变形加速珠光体转变，C曲线左移。但对 贝氏体转变在高温（800～1000℃）进行塑性变 形，贝氏体转变的孕育期越长，贝氏体转变的 速度减慢，转变的不完全性增大，C曲线右移； 在 BS 点低温亚稳的奥氏体区进行塑性变形加速 贝氏体转变，C曲线左移。 对马氏体转变来说，①若在Ms以上某一温 度范围内经塑性变形会促进奥氏体在该温度下 向马氏体转变，使Ms升高，产生应变诱发马氏 体。②若在Ms～Mf温度范围内的某一温度进行 塑性变形也会促进奥氏体在该温度下向马氏体 转变。③若在Md以上某一温度范围内经塑性变 形不会产生应变诱发马氏体
2.合金元素 如果碳化物全部溶入奥氏体，除 Co、Al 以外，大多数合金元素总是不同程度地延缓 珠光体和贝氏体相变，这是由于它们溶入奥 氏体后，增大奥氏体稳定性，从而使C曲线右 移。其中碳化物形成元素的影响最为显著。 如果碳化物形成元素未能溶入奥氏体，而是 以残存未溶碳化物微粒形式存在，则将起相 反作用，使C曲线左移。 如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al外， 大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体 转变温（Ms、Mf），并增加残余奥氏体量。
热 加
连续冷却
等温冷却 时间
1. 过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT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）。 TTT－Temperature Time Transformation IT－Isothermal Transformation
TTT和CCT
综上所述，C曲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。需指出的是 珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加 贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。
A
14
1.2 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、
200
100 0 Mf
Move down
M + A残
-100 0
1
10
102
103
104 Time(s)
过共析钢C曲线
A
12
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
+ A残
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。
A
9
A
10
T(℃)
800 700 600 500
亚共析钢的TTT曲线
Fe3CⅡ A
Move right
A3
A1
P+F S+F
T
400
B
300 Ms
过冷奥氏体转变动力学 TTT与CCT曲线
A
1
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
A
等温冷却 时间
四)影响TTT曲线形状与位置的因素
三) 工艺参数:
名称 亚共析钢
共析钢 过共析钢
温 度 ( °C ) Ac3 + 30～50 Ac1 + 30～50 Ac1 + 30～50
三)工艺参数:
四)热处理后的组织 :
钢种 淬火温度(℃) 最终组织
亚共析钢 Ac3+30～50
Wc≤0.5%
碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀, 提高了过冷奥氏体的稳定性, 从而 使 TTT曲线向右移。
三.过冷奥氏体的连续冷却转变
一) 建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转 变曲线 ---- CCT 曲线
C --- continuous C --- cooling T --- transformation
一) 共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图
450 410 185 1000 775 65 55 50
七) 常用的淬火方法
温
A1
度
Ms
时间
单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
℃
20℃静止水 340 40℃静止水 285 60℃静止水 220 10%NaCl 溶液 580 10%NaOH 溶液 560 20℃10号机油 430 80℃10号机油 430 20℃3号锭子油 500
775 545 275 2000 2830 230 230 120
135 110 80 1900 2750 60 70 100
四) 影响 TTT 曲线形状 与位置的因素
1.奥氏体中含碳量的影响:
温 度
A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
2.奥氏体中含合金元素的影响: 除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元
TTT和CCT
102
103
104 时间(s)
2. 转变产物依等温温度不 同，大体可分为三个温度区： (1). P型转变：高温区（临界 点P 型A组1～织55转0变℃）区、，过A→冷P度；小扩， 散型相变 (2).M型转变：低温区（在 M MS转以变下的）区、域过，冷A度→大M，；发非生扩 散型相变 (3).B型转变：中温区 （的5区5域0℃，～A→MBS）。，半发扩生散B型转相变 变
(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，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。
综上所述，C曲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。需指出的是 珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加 贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。
①碳含量增加， Wc<0.2%，Ms显著下降；Wc>0.2%， Ms直线下降。
Mf<②0℃Wc（<0低.6于%，室M温f显）著。下降；Wc>0.6%，Mf下降缓慢，
2.合金元素
如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al 以外，大多数合金元素总是不同程度地延缓 珠光体和贝氏体相变，这是由于它们溶入奥 氏体后，增大奥氏体稳定性，从而使C曲线右 移。其中碳化物形成元素的影响最为显著。 如果碳化物形成元素未能溶入奥氏体，而是 以残存未溶碳化物微粒形式存在，则将起相 反作用，使C曲线左移。
TTT－Temperature
Time Transformation
IT－Isothermal
Transformation
1.1 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
第一节 钢在加热和冷却时的转变
板条马氏体 针状马氏体
23
图12 马氏体透射电镜图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
(4) 马氏体转变的特点 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点
3. 马 氏 体 转 变
是： ①无扩散性 铁和碳原子都不 扩散，因而马氏 体的含碳量与奥 氏体的含碳量相 同。
图13 马氏体组织图
3. 马 氏 体 转 变
状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶 马氏体。
光镜下
21
电镜下
图12 针状马氏体结构图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
70 60 硬度 ( HRC ) 50 1400 40 1000 30 20 10 600
(3) 马氏体的性能
2000 1800
200
0
0.1
0.2
0.3
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;
物
0
1
10
102
103
104
时间(s)
图 9 3 共析钢C曲线分析
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
（1）普通珠光体 形成温度为A1～650℃，片层较厚，500倍 光镜下可辨，用符号P表示.
3. 马 氏 体 转 变
转变为马氏体类型组织。
马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。 (1) 马氏体的晶体结构 碳在-Fe中的过饱和固溶 体称马氏体，用M表示。
马氏体转变时，奥氏体中的
马氏体组织
碳全部保留到马氏体中。
19
图10 马氏体组织金相图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：实验目的(1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。
图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。
由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
共析钢TTT-CCT图分析
TTT曲线过冷奥氏体等温转变曲线——TTT曲线(Time，Temperature，Transformation) 过冷奥氏体等温转变曲线可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程：转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系等。
因其形状通常像英文字母“C”，故俗称其为C曲线，亦称为TTT图。
C曲线中转变开始线与纵轴的距离为孕育期，标志着不同过冷度下过冷奥氏体的稳定性，其中以550℃左右共析钢的孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最低，称为C曲线的“鼻尖”。
图中最上面一条水平虚线表示钢的临界点A1(723℃)，即奥氏体与珠光体的平衡温度。
图中下方的一条水平线Ms(230℃)为马氏转变开始温度，Ms以下还有一条水平线Mf(-50℃)为马氏体转变终了温度。
A1与Ms线之间有两条C曲线，左侧一条为过冷奥氏体转变开始线，右侧一条为过冷奥氏体转变终了线。
A1线以上是奥氏体稳定区。
Ms线至Mf线之间的区域为马氏体转变区，过冷奥氏体冷却至Ms线以下将发生马氏体转变。
过冷奥氏体转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体转变区，在该区域过冷奥氏体向珠光体或贝氏体转变。
在转变终了线右侧的区域为过冷奥氏体转变产物区。
A1线以下，Ms线以上以及纵坐标与过冷奥氏体转变开始线之间的区域为过冷奥氏体区，过冷奥氏体在该区域内不发生转变，处于亚稳定状态。
在A1温度以下某一确定温度，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离为过冷奥氏体在该温度下的孕育期，孕育期的长短表示过冷奥氏体稳定性的高低。
在A1以下，随等温温度降低，孕育期缩短，过冷奥氏体转变速度增大，在550℃左右共析钢的孕育期最短，转变速度最快。
此后，随等温温度下降，孕育期又不断增加，转变速度减慢。
过冷奥氏体转变终了线与纵坐标之间的水平距离则表示在不同温度下转变完成所需要的总时间。
转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕育期的变化规律相似。
因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧相与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
铁碳相图及C曲线
1
10
102
103
104
时间(s)
在连续冷却过程中 TTT 曲线( ห้องสมุดไป่ตู้ 曲线 )的应用
温度 (℃) 800 700 600 500 稳定的奥氏体区 A1
V1 = 5.5℃/s : 炉冷 ; P V1 V2 = 20℃/s : 空冷 ; S V3 = 33℃/s : 油冷;T+M+A残 V4 ≥ 138℃/s : 水冷 ; M+A残
104
时间(s)
温度 (℃) 800
共析碳钢 TTT 曲线( C 曲线 )的分析
稳定的奥氏体区 A1
700 600 500
A1～550℃;高温转变区; 过 A 冷 产 扩散型转变; P 转变区。 A向产物 + 奥 转变终止线 物 550～230℃;中温转变 产 氏 区 体 物 区; 半扩散型转变; 400 区 A向产 区 贝氏体( B ) 转变区; 300 Ms 物转变开始线 200 230～ - 50℃; 低温转 100 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。 0 Mf -100 0
400 300 Ms 200 100 0 Mf V4 -100 0 1
V2
Vk
10 102
V3
103
104 时间(s)
20121117fefe3c相图加热时冷却时说明ac1加热时珠光体转变为奥氏体的温度加注脚car1冷却时奥氏体转变为珠光体的温度加注脚rac3加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度ar3冷却时奥氏体中析出铁素体的开始温度accm加热时二次渗碳体溶入奥氏体的终了温度arcm冷却时二次渗碳体从奥氏体中析出的开始温度fefe3c相图中各临界点的含义共析碳钢共析碳钢tttttt曲线曲线cc曲线曲线建立过程示意图建立过程示意图时间s3001021031041010800100100200500600700温度0400a1ttimettemperaturettransformation共析碳钢ttt曲线c曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区a向产物转变开始线a向产物转变终止线a产物区产物区a1550