奥氏体在冷却时的转变

第三节奥氏体在冷却时的转变

奥氏体在冷却时发生的组织转变，既可在恒温下进行，也可在连续冷却过程中进行，随着冷却条件的不同，奥氏体可在A1以下不同的温度发生转变，获得不同的组织。所以，冷却是热处理的关键工序，它决定着钢在热处理后的组织和性能。

在临界转变温度A1以上存在的奥氏体是稳定的，不会发生转变。但一旦冷却到A1以下，则变得不稳定，冷却时要发生组织转变。这种在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为过冷奥氏体。

研究过冷奥氏体的冷却转变行为，通常采用两种方法，一种是利用奥氏体等温转变曲线研究奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程，另一种是利用奥氏体连续冷却转变曲线研究奥氏体在不同冷速下的连续冷却中的转变过程。

一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线

这里以金相－硬度法为例，来说明共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线的测定过程。

将共析钢制成圆形薄片试样（Φ10×1.5mm）。试样被加热到临界点Ac1以上某一温度并保温一段时间，得到均匀的奥氏体组织，然后将试样分别迅速投入到不同温度的盐浴炉中，从放入盐浴中开始计时，每隔一段时间从盐浴中取出一块试样迅速放入水中。对各试样做金相组织观察和硬度测定

就可以得出各等温温度下不同等温时间内奥氏体的转变量，就可以得到一系列的奥氏体等温转变开始点和转变终了点。若以等温转变温度为纵坐标，转变时间（以对数表示）为横坐标，将所有的转变开始点连接成一条曲线（称为等温转变开始线）；同样，将所有的转变终了点也连成一条曲线（称为等温转变终了线），就可以得到如所示的共析钢过

图 3-1共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线图冷奥氏体等温转变曲线。由于该曲线具有英文字母“C”的形状，故称C曲线，也称TTT（Time Temperature Transformation）曲线。

C曲线上部的水平线A1是奥氏体和珠光体的平衡温度。

下部的两条水平线分别表示奥氏体向马氏体转变的开始温度M s和终了温度M f。

上述的两条曲线和三条水平线将整个图形划分成六个区域。在A1点以上为稳定奥氏体区；在等温转变开始线与纵坐标轴之间，A1线以下，M s以上区间为过冷奥氏体区；在等温转变终了线以右为过冷奥氏体的转变产物区；在两条曲线之间为过冷奥氏体加转变产物的共存区；在M s线～M f线之间为马氏体与过冷奥氏体共存区；M f线以下为马氏体区。

共析钢的C曲线由上至下可分为三个转变区：在A1～550℃之间的珠光体转变区(高温转变)；在550℃～M s之间的贝氏体转变区(中温转变)；在M s～M f之间的马氏体转变区(低温转变)。

从纵坐标至过冷奥氏体转变开始线之间的水平距离称为孕育期。随着等温温度的不同，孕育期的长短也不同。在曲线的“鼻尖”处(约550℃)孕育期最短，过冷奥氏体的稳定性最小。

二、影响过冷奥氏体等温转变的因素

（一）奥氏体成分的影响

1.含碳量的影响

亚共析钢、共析钢和过共析钢过冷奥氏体等温转变曲线

a)亚共析钢 b)共析钢 c)过共析钢

上图分别为亚共析钢、共析钢和过共析钢的C曲线。可以看出，与共析钢相比，在亚、过共析钢的C曲线的上部各多出一条先共析相析出线。对于亚共析钢，随含碳量的增加，C曲线逐渐向右移，过冷奥氏体的转变速度减慢。而对于过共析钢，随着含碳量的增加，C曲线反而向左移，则过冷奥氏体转变速度加快。因此共析钢的C曲线最靠右，

2.合金元素的影响

一般来说，除Co和Al(A1％﹥2．5％)以外的所有合金元素，当其溶入奥氏体中都增大过冷奥氏体的稳定性，使C

曲线向右移。

Cr、Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素，当其溶入奥氏体中后，除了使C曲线向右移动外，还能改变其形状。下错误！未找到引用源。为Cr对w c＝0.5％的钢C曲线的影响。

Cr对C曲线形状的影响

（二）奥氏体化条件的影响

主要指加热温度和保温时间的影响。加热温度越高，保温时间越长，过冷奥氏体越稳定，转变速度越慢，C曲线向右移。

三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线简介

过冷奥氏体连续冷却转变曲线，又称CCT（Continuous Cooling Transformation）曲线，它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析连续冷却转变产物的组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料，在实际生产中具有重要的应用价值。

下图为共析碳钢的CCT曲线。只有珠光体转变区和马氏体转变区，没有贝氏体转变区，这说明共析钢在连续冷却过程中不会发生贝氏体转变。珠光体转变区由三条曲线组成：左边一条线为过冷奥氏体转变开始线，右边一条线为过冷奥

氏体转变终了线，两条曲线下面的连线为过冷奥氏体转变中止线。

共析钢的连续冷却转变曲线

v c与v c，是两个临界冷却速度。v c表示过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解，全部冷至M s点以下发生马氏体转变的最小冷却速度，称为上临界冷却速度或临界淬火速度；v c，表示过冷奥氏体全部得到珠光体的最大冷却速度，称为下临界冷却速度。

四、等温冷却转变曲线的应用

1.利用TTT图近似地估计连续冷却条件下过冷奥氏体的转变过程和转变产物

其方法是把已知的冷却曲线叠绘在TTT曲线上，根据冷却曲线与TTT曲线的交点便可粗略地估计钢在某一冷却条件下的转变温度范围及其产物，如所示

图中V 1相当于炉冷（退火）的情况，它与C 曲线相交的

温度范围在700～650℃温度范围内，在该范围内等温将发生珠光体转变，据此估计以V 1速度连续冷却时转变产物为珠光

体组织。

V 2相当于空冷（正火）的情况，转变产物应为索氏体组

织。

V 3相当于油冷（淬火）的情况，转变产物为屈氏体、马

氏体的混合组织。

V 4相当于水冷（淬火）的情况，转变产物为马氏体和残

余奥氏体。

与鼻尖相切的冷却速度v c ，，为临界淬火速度，如图 3-1

所示。它是过冷奥氏体不发生分解直接得到全部马氏体（含残余奥氏体）的最小冷却速度。可通过下式计算：

m m

t A c τυ-=1,,

式中A 1 −钢的临界点（℃）；

t m −鼻尖处温度（℃）；

τm −鼻尖处的时间（s ）。