热处理C曲线

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过冷奥氏体转变动力学图
第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图
过冷A在非平衡条件下冷却,可有如图的几种形式: 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
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
总之,Co、Al可促进冷却转变,其他合金元素大多阻碍转变
(二)奥氏体状态 1. 奥氏体晶粒大小的影响 奥氏体晶粒度增加,晶粒愈细,晶界面积增多,使晶 界形核的珠光体易于形核,有利于珠光体转变发生,C曲线 左移;虽然使贝氏体转变速度增加,C曲线左移。但对晶内 形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥 氏体晶粒长大,缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻 力减小,Ms升高。 2.加热温度和保温时间 加热温度和保温时间主要是通过改变奥氏体成分和状 态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成分不一定 是钢的成分,所以加热温度和保温时间不同,得到的奥氏体 也不一样,必然对随后的冷却转变起影响。 3.原始组织 主要影响奥氏体成分均匀性。原始组织愈细,加热后 奥氏体均匀化快,奥氏体成分愈均匀,随之冷却后珠光体转 变和贝氏体转变的形核率下降,长大减慢,C曲线右移。 原始组织愈粗,奥氏体成分不均匀,促进奥氏体分解, C曲线左移。
合金元素的影响: 除Co、Al (>2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奥氏体中,会引起:
A1 向右移 Ms 向 下 移 Ms 含Cr合金钢
A1
(1)对珠光体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓P转变。 合金元素对P转变动力学影响的原因:合金元素的自扩散、 对碳的扩散、改变了A→F转变速度、改变了临界点、对奥氏体 /F界面的拖拽作用。在这些合金元素中Mo的影响最为强烈,W 为Mo的影响一半,Cr、Mn、Ni明显提高过冷A的稳定性,Si、 Al稍有提高过冷A体的稳定性,Co减小过冷A的稳定性。 (2)对马氏体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素使Ms 、Mf下降 化学成分对Ms点的影响的原因:改变了T0;改变了奥氏 体的强度。 (3)对贝氏体转变 除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓B转变。 原因:合金元素溶入A后,增大其稳定性,从而使C曲线右移。 合金元素对B转变动力学影响的原因:合金元素影响碳在A和F 中扩散;改变了A→F转变速度;改变了BS点;影响在一定温度 下的相间自由能差,影响驱动力。强碳化物形成元素减缓B转 变速度。
温度 (℃ ) 800
亚共析钢的TTT曲线
F A3 A1
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 Mf -100 0
A
P+F S+F T B
M + A残
1
10
102
103
104
时间(s)
温度 (℃ ) 800
过共析钢的TTT曲线
Fe3CⅡ A
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 -100 0 Mf
400 300 Ms 200 100 0 Mf V4 -100 0 1
V2
Vk
10 102
V3
103
104 时间(s)
第二节 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
ACM A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ TBຫໍສະໝຸດ M + A残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和合金元素的 影响,图形比较复杂。
常见的C曲线有四种形状:
(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,
等温淬火工艺曲线示意图
连续冷却过程中 TTT 曲线的分析
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
(四)应力 在奥氏体状态下施加拉应力或单向压应力,促进奥氏 体分解,珠光体转变和贝氏体转变加快,C曲线左移,Ms 升高。 在奥氏体状态下施加多向压应力,减慢奥氏体分解, 珠光体转变和贝氏体转变减慢,C曲线右移,Ms下降。
综上所述,过冷奥氏体等温转变曲线的形状和位臵受 上述多种因素的影响,因此在使用时必须注意其标明的试 验条件,包括钢的成分(包括微量元素)、奥氏体化条件、 外界条件等。
温度 ( ℃) 800 700 600 500
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区 A1
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 物 转变终止线 产 氏 区 550~230℃;中温转变 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
三、 C曲线的应用
1.等温淬火 将加热到淬火温度的零件淬入 350 ℃至 MS 点之间的恒温 槽中,长时间等温,可得到下贝氏体; 2.等温退火 用于合金钢锻、铸件,以消除冷却时形成的巨大应力。 操作时将零件加热到完全退火的高温区域,再冷却到A→P 区域等温,使发生P转变。 3.形变热处理 形变热处理将合金钢加热到两条 C 曲线中间的 A 稳定区 域变形,可提高缺陷密度及材料强度。 4.定性解释连续冷却的奥氏体转变过程
非共析钢和共析钢的TTT图比较
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。 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。
(二)非共析钢的过冷A等温转变图 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。
一、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 线:纵坐标为温度,横 坐标为时间 ,临界点A1 线, MS 线 , Mf 线 , 转变开始线, 转变终了线。 区: A1 以上为稳定 A 区, 过冷A区,过冷A等温转变区 (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。
(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
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。
二、 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分:C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

(一)A的成分 1.含碳量 含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变 的影响不同。 (1)对珠光体转变 ①非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相(铁素体、 渗碳体)析出,因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线 在左上角有一条先共析相析出线,且先共析相析出线随含碳 量的变化而移动。 ②共析钢的 C曲线最靠右,亚共析钢的 C 曲线随含碳量增 加向右移动;过共析钢的C曲线随含碳量增加向左移动。 ③碳对C曲线的影响不如Me。 因此,共析钢的C曲线离纵轴最远,共析钢的过冷奥氏体 最稳定。
2.合金元素 合金元素对C曲线影响可分为两大类: (1)非(或弱)碳化物形成元素:主要有Co、Ni、Mn、 Cu、Si、B等。这类元素 除Co外使C曲线右移,但对C曲线的 形状影响不大。 (2)碳化物形成元素:主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb 等。这类元素溶入奥氏体,从而使C曲线右移,且改变C曲线 的形状和位臵,使珠光体转变的C曲线移向高温、贝氏体转 变的C曲线移向低温,从而C曲线分离成上下两部分,呈现双 C曲线的特征。
1 10 102 103 104 时间(s)
-100 0
说明: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.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:新相与母 相间的自由能差△Gv和原子的扩散系数D。这两个因素作用 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。
(2)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)。 这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体,随奥氏体中碳含量的增 加,获得铁素体晶核几率下降。含碳量增加时,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。
(3)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。 ②Wc<0.6%,Mf显著下降;Wc>0.6%,Mf下降缓慢,Mf<0℃(低 于室温)。
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)。
CCT-Continuous Cooling Transformation
一、 过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式
(一)共析钢CCT图分析 共析钢过冷奥氏体连续 转变动力学图的基本形式如图, 该图的纵坐标为温度,横坐标为 时间,采用对数坐标。 1.线、区的意义 线:A1线,MS、Mf线、P转变开始 线,P转变终了线,P转变中止线。 区:稳定 A 区,过冷 A 区,过冷 A 连续冷却P转变区(A→P),M形 成区(A→M)、转变产物区( P 、 M)。 注意:共析钢的过冷奥氏体连续 冷却转变图无贝氏体转变
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