5 冷却时转变曲线

• ⑵ C曲线明确表示 了过冷奥氏体在不同 温度下的等温转变产 物。
高温转变产物
——Fe、C均扩散 亚共析钢：F+P 共 析 钢：P 过共析钢：P+Fe3C 化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 ——扩散类型

1.高温转变-- P转变(Ar1~ 550℃) A→F+Fe3C(片层相间平行排列的机械混合物)

合金元素对马氏体硬度
的影响不大。
马氏体硬度与含碳量的关系

马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。
此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。针状 马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较好。
马氏体的透射电镜形貌

板条马氏体 针状马氏体


4、马氏体转变的特点
形成温度为550-350℃。
在光镜下呈羽毛状。
在电镜下为不连续棒
光镜下
状的渗碳体分布于自
奥氏体晶界向晶内平
行生长的铁素体条之
间。
电镜下

⑵下贝氏体
形成温度为350-230℃(Ms) 在光镜下呈竹叶状。
光镜下

在电镜下为细片状碳
化物分布于铁素体针
内，并与铁素体针长
电镜下
轴方向呈55-60º 角。
强韧性好, Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内

㈡ 贝氏体转变 1、贝氏体的组织形态及 性能 过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为贝

上贝氏体
氏体类型组织，贝氏体
用符号B表示。

根据其组织形态不同，
贝氏体又分为上贝氏体
(B上)和下贝氏体(B下) 。
下贝氏体


⑴ 上贝氏体
电镜下

⑶ 马氏体的形态主 要取决于其含碳量
板条马氏体量

C%小于0.2%时，组 织几乎全部是板条马 氏体。
马氏体形态与含碳量的关系 C，%

C%大于1.0%时，几
乎全部是针状马氏体.

C%在0.2~1.0%之间
为板条与针状的混合
组织。
0.2%C
0.45%C
1..2%C

先形成的马氏体片横贯整个 奥氏体晶粒，但不能穿过晶 界和孪晶界。后形成的马氏 体片不能穿过先形成的马氏 体片，所以越是后形成的马

过冷奥氏体转变产物（共析钢）
转变 类型 珠 光 体 转变 产物 P 形成温 度， ℃ A1~650 转变 机制 扩 散 型 显微组织特征 粗片状，F、Fe3C相间分布 HRC 5-20 获得 工50
细片状，F、Fe3C相间分布
极细片状，F、Fe3C相间分布
20-30
下贝氏体转变

贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而
铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。
3 低温转变产物
Fe、C均不扩散——非扩散型
获得 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体
马氏体
——马氏体类型( M)

3 低温转变---- M转变(C在α--Fe中过饱和固溶体) MS → 220℃ MS HRC= 62 ~ 65
马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是： ⑴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。


⑵ 共格切变性 由于无扩散，晶格转变是以切 变机制进行的。使切变部分的 形状和体积发生变化，引起相 邻奥氏体随之变形，在预先抛
光的表面上产生浮凸现象。
马氏体转变 切变示意图
第3 节 钢在冷却时的转变
冷却过程—热处理工艺的关键部 分，对控制热处理以后的组织与性能 起着极大作用，不同的冷却速度获不 同的组织与性能
一、概述
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式 示意图 1——等温冷却 2——连续冷却
过冷奥氏体等温转变图TTT图或C曲线是 获得等温转变组织的主要依据，是等温 淬火获得马氏体组织或贝氏体组织的主 要依据。
空气冷却 670～720 油中冷却 水中冷却 900 1100


1、C曲线的建立
以共析钢为例：
⑴取一批小试样
并进行奥氏体化.

⑵将试样分组淬
入低于A1 点的不
同温度的盐浴中,
隔一定时间取一 试样淬入水中。

⑶测定每个试样的转变 量，确定各温度下转变 量与转变时间的关系。 ⑷将各温度下转变开始 时间及终了时间标在温 度—时间坐标中，并分 别连线。
(Time-Temperature-Transformation diagram)
二、共析钢过冷奥氏体的等温转变图
• 过冷奥氏体的等温转
变图是表示奥氏体急速 冷却到临界点A1 以下 在各不同温度下的保温 过程中转变量与转变时 间的关系曲线.又称C 曲线、S 曲线或TTT曲
线。
• A1-Ms 间及转 变开始线以左的
珠光体
据片层厚薄不
同，又细分为 珠光体、索氏 体和托氏体.
托氏体
索氏体


⑴ 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.
三维珠光体如同放在水中的包心菜
光镜下形貌
电镜下形貌

⑵ 索氏体 形成温度为650~
600℃，片层较薄.
电镜形貌
800-1000倍光镜 下可辨，用符号 S 表示。
化学成分的变化靠扩散实现
但晶格类型的转变非扩散性
——半扩散性

2 中温转变—贝氏体转变( 550℃~220℃ )
A→ B (F+Fe3C),其中F具有一定过饱和度

A→ B上(550℃~350℃ ）羽毛状
Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生 脆断 ,HRC=45 。 A→ B下(350℃~220℃ ）针状

于奥氏体与平衡铁
素体之间，为过饱
和铁素体。

当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从
奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
上贝氏体转变过程

当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低, 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
马氏体转变产生的表面浮凸

⑶ 降温形成
马氏体转变开始的温度称 上马氏体点，用Ms 表示。 马氏体转变终了的温度称 下马氏体点，用Mf 表示。
Ms
M(50%) M(90%)

Mf

只要温度达到Ms以下即发
生马氏体转变。

在Ms以下，随温度下降，
转变量增加，冷却中断，
转变停止。

⑷高速长大 马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。 当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的 马氏体产生裂纹。 ⑸ 转变不完全 即使冷却到Mf 点， 也不可能获得100%
轴比c/a 称马氏体的正方度。 C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 当＜0.25%C时, c/a=1, 此时马氏体为体心立方晶格。


2、马氏体的形态
马氏体的形态分板
条和针状两类。

⑴ 板条马氏体 立体形态为细长的 扁棒状 在光镜下板条马氏 体为一束束的细条 组织。
电镜下 光镜下


每束内条与条之间尺
区域为过冷奥氏
体区。 • 转变终了线以 右及Mf以下为转 变产物区。 • 两线之间及Ms 与Mf之间为转变
温 A1 度 过 冷
奥 氏 体
转变开始线
A
A→P
转变终了线
P B
A→B
MS
A→M
Mf
M
区。
时间
表45钢经840℃加热后，不同条件冷却后的机械性能
冷 却 方 σ b,MN/m σ s,MN/m 2 2 法 随炉冷却 530 280 340 620 720 δ ，% 32.5 15～18 18～20 7～8 ψ ，% 49.3 45～50 48 12～14 HRC 15～18 18～24 45～60 52～6
温度 A相变 A→P A →S 层片间距 150-450nm 80-150nm HRC 20 30
Ar1-650 ℃ 650℃~600 ℃ 600℃~550 ℃
A→T
30-80nm
40

㈠ 珠光体转变
1、珠光体的组织形态及性能 过冷奥氏体在 A1到 550℃间将 转变为珠光体类型组织，它是 铁素体与渗碳体片层相间的机 械混合物，根
650 550
2s
40s
2s
10s
5s
C 曲线的分析
⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。
• 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.
• 孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处
的温度为550℃。
• 在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小. • 在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏 体稳定性增加。

㈢ 马氏体转变 当奥氏体过冷到 230℃ (Ms) 以下将转变为马氏体类型 组织。 马氏体转变是强化钢的重
马氏体组织

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，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。


马氏体具有体心正方晶格（a=b≠c）
奥氏体+马氏体
氏体片越细小.

原始奥氏体晶粒细，转变后
的马氏体片也细。当最大马
氏体片细到光镜下无法分辨 时，该马氏体称隐晶马氏体.
45钢正常淬火组织

3、马氏体的性能 高硬度是马氏体性能的 主要特点。 马氏体的硬度主要取决 于其含碳量。含碳量增

加，其硬度增加。

当含碳量大于0.6%时,其
硬度趋于平缓。
过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促
进了铁素体形核。两者相间形核并长大， 形成一个珠光体团.

Fe3C
珠光体转变是扩 散型转变。
珠光体转变过程
奥氏体
5.8秒
19.2秒
22.0秒
24.2秒
66.7秒
2 中温转变产物
——Fe不扩散，C部分扩散 α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物
贝氏体类型( B)


的马氏体，总有部
分奥氏体未能转变
’
而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或’ 表示。

Ms、Mf 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金
元素含量（包括碳含量）。 马氏体转变后，A’ 量随含碳量的增加而增加, 当含 碳量达0.5%后，A’量才显著。
含碳量对马氏体 转变温度的影响 含碳 量对残余奥 氏体 量的影响

上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体
除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有
良好的综合力学性能，是生产上常用强化组织之一。
共析钢的强度硬度与等 温相变温度的关系

2、贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形 核和长大的过程。 发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介
光镜形貌


⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，
用符号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌

珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是 形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的.

片间距越小，钢的强度、硬度
越高，而塑性和韧性略有改善.
片间距
b
HRC



2、珠光体转变过程
珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳 体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大
30-40
正火
等温 处理 等温 处理 等温 淬火 淬火 淬火
贝 氏 体
马 氏 体
B上
B下 M针 M*板条
羽毛状，短棒状Fe3C分布于 550~350 半扩 过饱和F条之间 散型 竹叶状，细片状Fe C分布于 3 350~MS 过饱和F针上 MS~Mf MS~Mf 无扩 散型 板条状 针状
40-50
50-60 60-65 50
寸大致相同并呈平行
SEM
排列，一个奥氏体晶
粒内可形成几个取向 不同的马氏体束。

在电镜下，板条内的 亚结构主要是高密度 的位错，=1012/cm2, 又称位错马氏体。
TEM

⑵ 针状马氏体
立体形态为双凸透镜形的 片状。显微组织为针状。 在电镜下，亚结构主要是 孪晶，又称孪晶马氏体。
电镜下

光镜下
2 要点
① 不同温度下转变产物不同 高温转变产物(A1~550℃)
珠光体( P)——扩散型
中温转变产物(550℃~MS) 贝氏体( B)—半扩散型 低温转变产物(MS~Mf) 马氏体( M)——非扩散型
② 存在孕育期 ——过冷奥氏体等温分解所需的准备时间 ——代表 A过冷稳定性 ③ 存在鼻点 ——孕育期最短， A过冷最不稳定 ④ T转↓，产物硬度↑ ⑤ 马氏体是过冷奥氏体连续冷却中的一种转 变组织，非等温转变产物。将其画入，使 过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用


转变开始点的连线称转
变开始线。转变终了点
的连线称转变终了线。
温度 (℃) 800
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图(1)
A1
700 600 500
400 300 200 100 0 -100 0
1
10
102
103
104
时间(s)
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图(2)
10s 5s 30s