第二章 钢的冷却转变

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。
（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，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。 综上所述，C曲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。需指出的是 珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加 贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。

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
影响过冷奥氏体C曲线形状的因素


A的成分：Wc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
影响C曲线的因素

1. 含碳量的影响 随着奥氏体C%增加，过冷奥氏体稳定性提 高，“C”曲线右移；当C%增加到共析成分， 过冷奥氏体稳定性最高。随着C%进一步增 加，奥氏体稳定降低，“C”曲线反而左移。 同时C%越高，Ms点越低。
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)
二 过冷奥氏体恒温转变产物动力学曲线及特点
过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）



2. 合金元素影响 除Co、Al外，所有合金元素都增大过冷奥 氏体稳定性，使“C”曲线右移。 非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等和弱碳化 物形成元素如Mn只改变“C”曲线位置； 碳化物形成元素如Cr、Mo、V、W、Ti等既 使“C”曲线右移，又使其形状分成上下两 部分。


3.奥氏体晶粒尺寸：奥氏体晶粒与奥氏体化 条件有关，加热温度高保温时间长，奥氏 体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳 定性增加，“C”曲线右移。反之“C”曲线左 移。 4.原始组织：钢的原始组织越细小，单位体 积内晶界越多，过冷奥氏体转变的形核率 越高，同时原始组织越细小有利于C原子扩 散，奥氏体形成时达到均匀化时间短，相 对长大时间长，相同条件下易使奥氏体长 大并且均匀性提高，“C”曲线右移。

5变形：奥氏体比容最小，马氏体比容最大， 奥氏体转变时体积膨胀，施加拉应力加速 其转变，使“C”曲线左移，施加压应力不 利其转变，使“C”曲线右移。
2.3 过冷奥氏体的连续冷却转变曲线




cc’-转变中止线 Vc-连续冷却中过冷奥 氏体转变为马氏体的 最小冷却速度。 上临界冷却速度（临 界淬火温度） Vc’-过冷奥氏体全部转 变为珠光体的最大冷 却速度。 下临界冷却速度
温度 (℃) 800 稳定的奥氏体区 A1
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 -100 0 Mf
CCT曲线 TTT曲线
1
10
102
103
104
时间(s)
1、CCT曲线相对于TTT图 向右下方移动
2、CCT曲线只有相当于 TTT图上半部分
3、共析、过共析钢的CCT 图上不出现B相变。 4、转变在一个温度范围内 完成，往往获得混合组织
为什么呈C字形（存在鼻点）？



过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和 扩散能力，而△T↑， △G ↑ ，D↓。 在A1~ 550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较 快,转变速度较快。 550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来 越慢,因而转变速度减慢。
（二）非共析钢的过冷A等温转变曲图 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。
2.2 过冷奥氏体的转变及其产物

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)
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
1
10
Biblioteka Baidu102
103
104
时间(s)
2. 转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区(转变类型)： (1). P型转变：高温区（临界点A1～550℃）、过冷度小，P型组织转变 区，A→P；扩散型相变 (2).M型转变：低温区（在MS 以下）、过冷度大，发生M转变的区域， A→M；非扩散型相变 (3).B型转变：中温区（550℃～MS），发生B转变的区域，A→B。半扩 散型相变 需要指出的是，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；
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
温度 (℃) 800
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区 A1
700 600 500
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 转变终止线 物 550～230℃;中温转变 产 氏 区 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 -100 0
主要由于C%高，B体相变需要扩散较多碳原子，相变速度太慢，从而在 实际冷却条件下，难以实现相变对成分的要求。母相C%高，导致切变阻力 增大，难以实现按切变机制实现点阵改组的模式。 Ms线发生曲折 F先析出，B相变，使A的C%↑，使之向下曲折（Ms下降）。 部分P相变，使A的C%↓，Ms↑，向上曲折。
空气冷却 670～720 油中冷却 水中冷却 900 1100
一过冷奥氏体恒温转变动力学曲线的建立


过冷奥氏体恒温转变动力学曲线：在各种过冷度下，过冷 奥氏体向其他组织转变的转变量与恒温保温时间的关系曲 线。（TTT）（C曲线） 方法：金相-硬度法、膨胀法、磁性法、热分析法等。 步骤: （1）选择一系列试样，将试样加热奥氏体化； （2）将试样在A1点下不同温度保温不同时间； （3）淬水冷却，以保留，固定转变产物； （4）确定各温度、时间下转变产物及转变量； （5）建立转变温度，转变时间与转变产物、转变量的关 系曲线。
一冷却速度对转变产物的影响


当V>Vc 时， A过→M 当V<Vc’时，A过→P 当Vc<V<Vc’时，A过→M+P 实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线 代替CCT曲线作定性分析，判断获得M的难 易程度。
二 亚共析钢、过共析钢的连续冷却曲线
三、共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较
三、TTT曲线的类型


第一种：两组C曲线完全重迭，如亚共析碳钢、含 非碳化物形成元素Ni、Cu、Si、<1.5%Mn的合金钢 两组C曲线部分重迭，但2个鼻子时间基本相同（不 常见），如37CrSi.

第二、三种：两组C曲线分离，且两组C曲线鼻子对应 的时间有差异。如20Cr、40Cr、12Cr2Ni4、40CrNi、 35CrMo、40CrMn（B的时间短）（含少量碳化物形成 元素）；GCr15、9Cr、9Cr2、CrMn、CrW、CrWMn（P 的时间短）。
基 本 要 求





1.过冷A冷却方式、过冷奥氏体转变动力学图类型 2. 过冷A等温转变动力学图、 （1）共析钢的过冷奥氏体等温转变曲图（C曲线） 分析：线、区，过冷A发生的三种转变（P型转变、M 型转变、B型转变）；过冷A等温转变动力学图为何 呈“C”字形 （2）非共析钢的过冷A等温转变动力学图与共析 钢的过冷A等温转变动力学图的异同，合金钢的过冷 A等温转变图类型 （3）影响过冷A等温转变动力学图形状的因素 3. 过冷A连续冷却转变图 （1）共析钢CCT图分析：线、区，不同的冷却速 度下A发生的转变，临界冷却速度； （2）非共析钢CCT图与非共析钢CCT图的异同， （3）过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
复习题



1. 过冷奥氏体转变有那些类型？受那些元素 影响？ 2. 共析钢C曲线上各线、区域的意义，解释 为何C形？ 3. 影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素有那 些？
40

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
强韧性好, Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内
1、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。
• 第四种：两组C曲线完全分离，P明显右移，只有B转变 曲线。如：45Cr3、40Cr2Ni4、35CrNi3Mo、5CrNiMo、 5CrNiMoV、3Cr2W8 • 第五种：两组C曲线完全分离，B明显右移，只有P转变 曲线。如：Cr12， Cr5MoV，Cr12MoV，W18Cr4V
•第六种：两组C曲线强烈右移，0℃» Ms，室温以上只 有碳化物析出线而不出现C曲线。如：4Cr14Ni14W2Mo


5、存在临界冷却速度（Vc）
过冷奥氏体转变曲线的应用



1. 从CCT曲线可以知道不同冷却速度下所经 历的转变以及应得的组织和性能，可以确 定钢的临界冷却速度。 2. 根据TTT曲线可以确定等温淬火、分级淬 火、等温退火等热处理规程。 3. 利用TTT曲线替代CCT曲线，可以定性研 究过冷奥氏体的转变
第二章 钢的冷却转变
2-1过冷奥氏体恒温转变动力学曲线


冷却方式：
1.等温冷却 是把加热到A状态的钢，快 速冷却到低于Ar1某一温度， 等温一段时间，使A发生转 变，然后再冷却到室温。 2.连续冷却 把加热到A状态的钢，以不 同的冷却速度（空冷，随炉 冷，油冷，水冷）连续冷却 到室温。

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