铁碳相图

影响C曲线的因素
（1）碳含量的影响： 一般情况下，亚共析钢C曲线随碳增加右移，过共析 钢的C曲线随碳含量增加左移。共析钢中过冷A最稳定。
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与共析钢的C曲线相比，亚共析钢和过共析钢的C
曲线上部，还各多一条先共析相的析出线。因为在
过冷奥氏体转变为珠光体之前，在亚共析钢中要先 析出铁素体，在过共析钢中要先析出渗碳体。
度与过冷奥氏体转变产物及其转变量之间的关系。
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（1）CCT曲线分析
共析钢的CCT曲线中无贝氏
体转变区，珠光体转变区下部多
一条转变中止线K、PS、PZ分别
为奥氏体转变为珠光体的开始线 和终了线。当连续冷却曲线碰到 K线时，过冷奥氏体中止向珠光 体型组织转变，而继续冷却一直
保持到MS点以下，使剩余的奥氏
冷A与转变产物共存区）。
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（2）转变开始线与纵座标轴之间的距离称为孕育期。 孕育期愈长，过冷奥氏体愈稳定，转变期也愈长。孕 育期最短处，过冷舆氏体最不稳定，转变最快，这里
称为C曲线的“鼻尖”。对于碳钢来说，“鼻尖”处的
温度一般为550C左右。
（3）过冷奥氏体在不同温度下的产物不同。
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体转变为马氏体。
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CCT与TTT曲线的比较
（2）CCT（SHCCT）曲线的应用
如果要了解奥氏体在各种连续冷却速度下获得的 组织与性能，就应该使用CCT曲线。 利用CCT曲线，可以获得真实的临界淬火冷却速
度，制定正确的冷却规范和估计冷却后的组织性能。
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举例：45钢CCT曲线的应用
图中冷却速度曲线与CCT曲线各
贝氏体中碳化物以小片状分布于铁素体针内。在光学显
微镜下．下贝氏体呈黑针状（右图）。
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贝氏体组织的性能
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马氏体（低温）转变
当奥氏体快速冷却到MS点以下时（共析钢 230 C），
将发生马氏体转变。
（1）马氏体晶体结构特点：
转变在低温下进行的，铁、碳原子均不能扩散，转 变时只发生-晶格改组，而无成分的变化，即固溶在奥 氏体中的碳，全部保留在晶格中，使-Fe超过其平衡含 碳量。因此，马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，用 符号“M”表示。
子扩散能力下降，这时铁原子已不能扩散，碳原子的扩
散也不充分，因此，贝氏体转变是半扩散型相变。
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当温度较高(550—350C)时，条状或片状铁素体 从奥氏体晶界开始向晶内以同样方向平行生长。随着
铁素体的伸长和变宽，其中的碳原子向条间的奥氏体
中富集，当碳浓度足够高时，便在铁素体条间断续地
析出渗碳体短棒，奥氏体消失，形成典型的羽毛状上
（2）马氏体转变时造成的大量晶体缺陷(如位错、孪晶
等)和组织细化；
（3）过饱和碳以弥散碳化物析出强化。
马氏体板条的亚结构主要是高密度的位错，因而又称
位错马氏体。
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马氏体的硬度主要受
碳含量的影响。随碳含量
增加，马氏体的硬度随之
增高。当碳的质量分数超
过0.6％以后，硬度的增加 趋于平缓。合金元素对马 氏体的硬度影响不大。
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马氏体的塑性和韧性主要取决于其内部亚结构的形
式和碳的过饱和度。高碳马氏体的碳过饱和度大，晶格
畸变严重，晶内存在大量孪晶，且形成时相互接触撞击 而易于产生显微裂纹等原因，硬度虽高，但脆性大．塑 性、韧性均差。 低碳板条马氏体的亚结构是高密度位错，碳的质量
分数低，形成温度较高，会产生“自回火”现象，碳化
（曲线中1）和连续冷却转变（曲线中2）。
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过冷奥氏体的等温转变曲线
共析钢加热到均匀奥氏体状态后，如果冷却到A1线以
下在热力学上是不稳定的，在一定条件下要发生分解。
在A1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。过冷奥氏体的等温转变，就是将奥氏
体迅速冷却到低于A1的某一温度，并保温足够时间。使
钢在冷却时的转变
在钢的热处理中，冷却是一道非常关键的工序。因为 在加热、保温时得到的奥氏体，当以不同的冷却条件冷
却下来时，会得到性能差异很大的各种组织。
只要选择恰当的冷却方式，便可以获得预期的组织 和性能。因此，了解钢在冷却时组织转变规律很重要。
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根据奥氏体冷却方式的不同将冷却过程分为等温转变
铁碳相图
马氏体的形态主要取决于奥氏体的碳含量，当碳小 于0.2％时，组织中几乎完全是板条状马氏体，当碳大于
1.0％时，则几乎全部是针状马氏体，碳含量介于0.2~1.0
％之间时，为板条状和针状马氏体的混合组织。
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（3）马氏体的力学性能特点：
高硬度是马氏体性能的主要特点，其强化机制为：
（1）过饱和碳引起的晶格畸变，即固溶强化；
奥氏体在该温度下完成其组织转变的过程。
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过冷奥氏体等温转变曲线是表示过冷奥氏体等温
转变的温度、时间和转变量三者之间的关系曲线图。
因曲线的形状与字母“C”相似，故称C曲线，也称
S 曲线或TTT图。
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C曲线的建立 由于过冷奥氏体转变过程中，在组织转变
的同时，伴随产生热效应、硬度、比容和磁
解为成分、结构都与之相差很大
的渗碳体和铁素体。可见奥氏体
向珠光体的转变属于扩散型相变。
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A转变为P的过程也是形核和长大的过程。当A过冷到 A1以下时，首先在A晶界处形成Fe3C晶核。通过扩散，
Fe3C依靠其周围的A不断供应碳原子而长大，因而引起
Fe3C周围的A含碳量不断降低，从而为F形核创造了条件，
性等一系列变化，所以测定C曲线有金相法、 硬度法、磁性法、膨胀法等方法。
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（1）首先取一批试样将其进行奥氏体化；
（2）将其放臵在低于A1的不同温度的盐浴中， 隔一定时间拿出将其淬入水中； （3）测出试样在各个等温温度（tx）奥氏体开 始（ax）和转变结束(bx)的时间；
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将各等温温度的奥氏体
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过冷奥氏体等温转变过程及转变产物 随过冷度的不同，过冷奥氏体将发生三种 基本类型的转变，即珠光体转变、贝氏体转 变和马氏体转变。以共析钢为例进行说明。
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珠光体转变
（1）珠光体转变过程 过冷奥氏体在A1~“鼻尖” （约550C）温度范围内等温将 转变为珠光体组织。因转变温度 较高、铁、碳原子的扩散都能够 比较充分地进行，使奥氏体能分
转变终了线相交的数字表示已转变 组织组成物所占体积百分数，冷却 速度曲线下端的数字为室温组织的 平均硬度值。如右上角的冷却速度
表示有45％的奥氏体转变成了铁素
体，有55％转变成了珠光体，室温 组织平均硬度为HV179。
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开始转变相转变终了的时间
点，描绘在以温度为纵坐标、
时间为横坐标(以对数表示)
的坐标图上，并分别连线，
即得到所要测定的C曲线。
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C曲线分析
（1）MS线和MF线是奥氏体向马氏体开始转变和转
变终了温度。 A1的~ MS之间转变开始线以左的区域为
过冷奥氏体区。转变终了线以右和MF点以下为转变产
物区。开始转变和转变终了线之间为转变过渡区（过
铁碳相图
（2）马氏体组织形态特点（板条和针状）：
板条马氏体的立体形态呈细长的扁棒状，显微组织
表现为一束束的细条状组织，每束内的条与条之间尺寸
大致相同并平行排列，一个奥氏体晶粒内可以形成几个
取向不同的马氏体束。马氏体板条的亚结构主要是高密
度的位错，因而又称位错马氏体。
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针状马氏体的立体形态呈双凸透镜的片状，在光 学显微镜下呈针状形态。在透射电子显微镜下观察表 明，其亚结构主要是孪晶，故又称孪晶马氏体。
使这部份A转变为F。由于F的溶碳能力低(0.022％)，长
大时必然要向侧面的A中排挤出多余的碳，使相邻的A碳
含量增高，这又为产生新的Fe3C创造了条件。如此交替进
行下去．A就转变成F和Fe3C片层相问的P组织。
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（2）珠光体组织形态与性能
根据珠光体型组织片层间距大小分为珠光体a、索氏体b
（650~600C）和托氏体c （600~550C） ，皆为F和Fe3C片层相
物析出弥散均匀，因此在具有高强度的同时还具有良好
的塑性和韧性。
铁碳wk.baidu.com图
奥氏体的连续转变曲线
在实际生产中，过冷奥氏体的转变大多是在连续 冷却过程中进行的，因此，连续冷却转变曲线对于选 材及确定其热处理工艺具有实际意义。连续冷却转变 曲线又称CCT曲线，它是通过测定不同冷却速度下过
冷奥氏体的转变量而得到的。因此，它表示了冷却速
铁碳相图
（2）合金元素的影响： 除Co外，所有溶于奥氏体的合金元素都增加奥氏体 的稳定性，即使C曲线右移。
但是当合金元素未溶于奥氏体中，以碳化物的形式
存在时，它们将降低奥氏体的稳定性，即使C曲线左移。
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（3）加热温度和保温时间的影响： 加热至Ac1，以上温度时，随着奥氏体化温度的提 高和保温时间的延长．奥氏体的成分更加趋于均匀； 未溶碳化物减小；晶粒长大，晶界面积减小。结果 降低了过冷奥氏体在冷却转变时分解的形核率，使 奥氏体稳定性增加，C曲线右移。
间的机械混合物，无本质区别，只是片层厚度不同而已。转变温 度越低，珠光体型组织的片层越薄，相界面越多，强度和硬度越
高，塑性及韧性也略有改善。
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贝氏体转变
（1）贝氏体的（中温）转变过程
贝氏体是过冷奥氏体在C曲线“鼻尖”(约550C)至M
S之间温度范围的等温转变产物．通常用符号B表示。过
冷奥氏体在这一温度区间转变时，由于过冷度较大．原
贝氏体。
铁碳相图
温度降低(350C~MS)时，碳原子扩散能力更低，铁
素体在奥氏体的晶界或晶内某些晶面上长成针状，碳
原子在铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形
式析出，从而形成了下贝体。
铁碳相图
（2）贝氏体的组织形态及性能
上贝氏体中短杆状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶
内生长的铁素体条间，在光镜下呈羽毛状（左图）。下