4、钢的过冷奥氏体转变图

（一）过冷奥氏体等温转变图的建立
将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下的一定温度，进行 等温，在等温过程中所发生的相变称为等温转变。 测量转变的方法很多，金相法、硬度法、膨胀法、磁性法、 电阻法、热分析法等。 通常用金相硬度法和膨胀法配合使用，利用过冷奥氏体转 变产物的形态或物理性能的变化进行测定。
本章首页 上一页
下一页
返 回
（四）影响奥氏体等温转变图的因素
1、化学成分
（1）碳含量的影响 对珠光体部分：亚共析钢，随碳含量的增加C曲线右移。 过共析钢，随碳含量的增加C曲线左移。 对贝氏体部分：随碳含量的增加C曲线总是右移的。 （2）合金元素的影响 一般规律：除Co、Al以外，常用的合金元素均增加过
返 回
（ 5 ）只有 P 转变区而无 B 转变区（ 4Cr13) 或只有 B 转变区而 无P转变区(18CrNiV)。 （6）只有一条碳化物析出线，无P和B转变区（奥氏体钢都 具有这类曲线）。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
（3）具有双C字形曲线，两个鼻子在时间和温度轴上都不
相同，P与B部分重叠。 1）P转变曲线右移比较显著，20 Cr、40Cr、 35CrMn2、
40CrMn等。
2）B转变曲线右移较为显著，GCr15、9Cr2、CrMn、 CrWMn等。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
（三）奥氏体等温转变图的常见类型
1、碳钢的基本类型
共析钢
亚共析钢
过共析钢
只有一个鼻子点，即珠光体转变与贝氏体转变重叠，亚 （过）共析钢比共析钢多出一个F析出线和Cem析出线。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
“鼻子”的形成
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，孕育期随T↑而延
长； ●鼻尖以下：矛盾的主要方
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 氏 产 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; M+AR 马氏体 ( M ) 转变区。 0 Mf
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
1金相法： 试样： φ10~15mm ，厚 1.5~2mm ，具有相同的原始组织
（可通过退火或正火获得）。 奥氏体化：所有试样均在相同条件下进行奥氏体化，要 求奥氏体的化学成分均匀一致。 等温转变：将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温
图3-3 层片状珠光体示意图
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
珠光体团
（2）中温转变（贝氏体转变）
550 ℃ ~ 220 ℃，C 原子可扩散，Fe原子不能扩散，
既具有珠光体转变的特征，又具有马氏体转变的特
征。 形成贝氏体 ---- 过饱和铁素体与渗碳体的非层片状 混合物。 ① 上贝氏体：550 ℃ 稍下形成，羽毛状。在平行铁素 体板条间分布有不连续的杆状渗碳体。 ② 下贝氏体：220 ℃ 稍上形成，针状。在针状铁素体
面是Fe、C原子扩散，即相
变受Fe、C原子扩散速度的 制约，孕育期随T↓而延长。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
2、在不同温度下等温具有不同的转变产物
（1）珠光体转变区
A1~550 ℃内为P转变区，一般为 片状，片间距离随温度降低而减小。
（2）贝氏体转变区
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
图3-5 (a) 低碳钢中的板条马氏体 (X80) (b) 高碳钢中的针状(片状)马氏体 (X400)
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
4.2、过冷奥氏体等温转变图
用来描述转变开始和转变终了时间、转变产物和转变量 与温度、时间之间的关系曲线，称为过冷奥氏体等温转变曲 图。（C曲线、TTT图、IT图）
2、合金钢C曲线的常见类型
归纳起来大体上可以分为六 种类型。
（1）具有单一的C字形曲线，即 P与B转变重叠（与碳素钢相 似）。除碳钢以外，含有 Si 、 Ni 、 Cu 、 Co 等合金元素（非碳化物 形成元素）的钢均属此类。 （2）具有双C字形曲线，两个鼻 子在时间轴上相近，在温度轴上 不同，P与B部分重叠，如37CrSi 具有这样的C曲线。
4.1、过冷奥氏体转变概述
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
等温冷却 时间
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
●过冷奥氏体等温转变图（IT）
IT图也称TTT曲线（Time-Temperature-Transformation），
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
1、奥氏体的冷却条件分类： 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。
内分布有细小渗碳体。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
图3-4 (a) 上贝氏体 X600 (b) 下贝氏体 X400
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
（3）低温转变（马氏体转变）
钢铁在经过奥氏体化温度后采取快速冷却，抑制其扩散
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返Leabharlann Baidu回
（4）P与B转变曲线完全分开
1）B转变曲线右移，Cr12、Cr12、VW18Cr4V等。 2）P转变曲线右移，5CrNiMo、3Cr2W8、35CrNi3Mo 等。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
冷奥氏体的稳定性，推迟转变和降低转变速度，使等温转
变曲线右移，延长过冷奥氏体转变开始和终了时间，对P 和B转变有分离作用。Al的作用，对B转变与Co相同。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
注意：合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用，否则 将使奥氏体转变速度加快，C曲线左移。
金属热处理原理及工艺
第四章
钢的过冷奥氏体转变 及热处理概述
4.1、过冷奥氏体转变概述 4.2、过冷奥氏体等温转变图 4.3、过冷奥氏体连续冷却转变图 4.4、钢的临界冷却速度 4.5、过冷奥氏体转变图的应用 4.6、常见热处理方法
金属热处理原理及工艺 ,PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
鼻子温度~MS为贝氏体转变区， 分上贝氏体和下贝氏体区。贝氏体 转变终了线以右不能得到单一的贝 氏体组织，而是贝氏体+残余奥氏体。 （3）马氏体转变区
MS以下为马氏体转变区，直到Mf。
（4）珠光体与贝氏体、贝氏体与马氏体可能重叠 这样在某一温度等温，将得到P+B或B+M混合组织。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
浴炉中保温一系列时间。
淬火：将保温后的试样迅速取出 淬入盐水中。
绘图：测出给定温度、时间下的转
变产物类型、转变产物的百分数( 1%-98%)，并将结果绘制成曲线。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
优缺点—直观、结果不连续、费时
2.膨胀法：利用钢在相变时发生的比容变化。AFPBM 优点—测量时间短，需要试样少；
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
A1 ~ 550 ℃，Fe、C原子均 可扩散。 共析分解成珠光体 ---- 铁素 体与渗碳体两相层片状机械混
原奥氏体晶界
合物。
珠光体团(或领域) ---- 片层 方向大致相同的珠光体，在一 个奥氏体晶粒内可以形成 3 ～ 5 个珠光体团。
因形状如字母“C”，故称C曲线。 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，
●过冷奥氏体连续转变图（CT） CT图也称 CCT图（连续转变图，Continuous-CoolingFransformation）能比较接近实际热处理冷却条件，应用更 方便有效。
分解，在较低温度（＜Ms）下发生的无扩散型相变。 非扩散型相变：Fe、C原子均不发生扩散，生成的马氏
体与原奥氏体成分相同。
马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，bcc结构。 马氏体相变是变温型相变，相变开始点称上马氏体点 Ms ，终了点下马氏体点Mf 。 表面浮凸效应——切变使马氏体表面出现一边凹陷、一边 凸起，并带动附近奥氏体也发生弹性切变。 马氏体转变切 马氏体转变以切变方式进行 ——界面上原子为马氏体与奥 变示意图 马氏体转变产生的表面浮凸 氏体共有，其长大是依靠母相A 中的原子有规律的迁移使 界面推移。
1 10 102 103
本章首页 上一页
-100 0
104
下一页
时间(s)
返 回
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
（1）高温转变（珠光体转变）
共析成分的奥氏体缓慢冷却到略低于A1以下时，将分 解为铁素体与渗碳体的混合物，称为珠光体。 钢的退火、正火冷却过程中都要发生珠光体转变，而 在淬火时要避免珠光体转变。
4.热分析法：利用钢相变时的热效应。 优点—适用于潜热大、转变速率快的过程，如熔化、凝 固 缺点—不适用潜热小、转变速率慢的过程，如大部分扩 散型固态相变 5.电阻法:利用相变时电阻值的变化 缺点—精度不高
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
2、过冷奥氏体的转变温度分类：
高温
中温
低温
Mf
图3-2 共析碳钢 C 曲线
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回
共析碳钢C曲线分析
温度 (℃) 800 700 600 500
稳定的奥氏体区 A1
本章首页 上一页
下一页
返 回
（二）奥氏体等温转变图的特点
两条曲线—转变开始和转变终了曲线；
三条水平线—A1线、Ms、Mf；
六个区域—稳定奥氏体区、过冷奥氏
体区域、过冷奥氏体转变产物区、过 冷奥氏体与转变产物共存区、马氏体
与过冷奥氏体共存区、马氏体区。
1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期。 孕育期的长短随等温温度而变，鼻子点处的孕育最短， 即，在此温度奥氏体最不稳定、最易分解，是转变速度的 极大值。
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU
本章首页 上一页
下一页
返 回
意义：
1.钢件热处理后的性能在很大程度上取决于冷却时A转变
产物类型和形态； 2.转变温度及冷却速度不同，过冷奥氏体将按不同机理转 变成不同组织（P、B、M）； 3.通过研究不同冷却条件下钢中A组织的转变规律对于正 确制定热处理工艺、合理选材有重要的实际意义。
根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同，可以把 合金元素分两类： 第一类：非（弱）碳化物形成元素Mn、Ni、Cu、Si与 C的作用相似，即减慢P和B的形成，降低Ms点。 第二类：碳化物形成元素，其中大多数减慢F、P形成 的作用大于减慢B形成的作用，同时也降低Ms点。
缺点—膨胀曲线平缓时，拐点不易确定。
3.磁性法：利用奥氏体为顺磁性，其转变产物F、B、M为
铁磁性的特点。
优点—试样少、测试时间短和易确定各转变产物达到一定 百分数所需时间。 缺点—无法测出过共析钢的先共析产物的析出线、 亚共 析钢珠光体转变的开始线。Why？
金属热处理原理及工艺 , PTHT,GZU 本章首页 上一页 下一页 返 回