热处理C曲线.ppt

过冷奥氏体转变动力学图 过冷A在非平衡条件下冷却 可有如图的几种形式 其中 a dT d 0 为等温冷却 b dT d C 为连续冷却 c dT d f 为实际冷却 第一节过冷奥氏体等温转变动力学图 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 TemperatureTimeTransformationIT IsothermalTransformation 一 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 共析碳钢TTT曲线的分析 稳定的奥氏体区 过冷奥氏体区 A向产物转变开始线 A向产物转变终止线 A 产物区 产物区 A1 550 高温转变区 扩散型转变 P转变区 550 230 中温转变区 半扩散型转变 贝氏体 B 转变区 230 50 低温转变区 非扩散型转变 马氏体 M 转变区 说明 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 3 共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈 C 字形 过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素 新相与母相间的自由能差 Gv和原子的扩散系数D 这两个因素作用是矛盾的 1 高温时 过冷度小 驱动力 Gv小 扩散系数D大 原子扩散能力大 以驱动力 Gv影响为主 2 低温时 过冷度大 驱动力 Gv大 扩散系数D小 原子扩散能力小 以扩散系数D影响为主 上述两个因素综合作用的结果 在550 是驱动力和原子的扩散的作用都充分发挥 使孕育期最短 使TTT图呈 C 字形 综上所述 TTT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 二 非共析钢的过冷A等温转变图与共析钢的A等温转变图不同的是 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 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 亚共析钢的TTT曲线 P F S F T B M A残 过共析钢的TTT曲线 P Fe3C S Fe3C T B M A残 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 二 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素 A的成分 C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 一 A的成分1 含碳量含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变 贝氏体转变的影响不同 1 对珠光体转变 非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相 铁素体 渗碳体 析出 因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线在左上角有一条先共析相析出线 且先共析相析出线随含碳量的变化而移动 共析钢的C曲线最靠右 亚共析钢的C曲线随含碳量增加向右移动 过共析钢的C曲线随含碳量增加向左移动 碳对C曲线的影响不如Me 因此 共析钢的C曲线离纵轴最远 共析钢的过冷奥氏体最稳定 非共析钢和共析钢的TTT图比较 原因 在相同条件下 随亚共析钢中碳含量增加 获得铁素体晶核几率下降 铁素体长大时需扩散去的碳量增大 扩散的距离增大 先共析铁素体析出的孕育期增长 铁素体析出速度下降 一般认为铁素体析出有利与珠光体转变 而珠光体的析出在铁素体之后 铁素体析出速度减慢 珠光体的析出速度也减慢 C曲线向右移动 在过共析钢中 若在Ac1 Accm之间加热 随碳含量增加 奥氏体中碳含量不变 未溶的渗碳体的量增加 未溶的渗碳体有促进珠光体形核的作用 降低了奥氏体的稳定性 C曲线向左移动 若在Accm以上加热 随碳含量增加 奥氏体中碳含量增加 获得渗碳体晶核几率增加 先共析渗碳体与珠光体孕育期缩短 析出速度增加 转变速度增加 这是由于随碳量增加 珠光体的形成是在渗碳体之后 故也加快 C曲线向左移动 2 对贝氏体转变贝氏体长大速度是受碳扩散控制 碳在铁素体内的脱溶 这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体 随奥氏体中碳含量的增加 获得铁素体晶核几率下降 含碳量增加时 转变时需扩散的原子量增加 贝氏体转变之前铁素体转变速度下降 贝氏体转变也减慢 C曲线右移 3 对马氏体转变碳含量 Wc 增加 Ms下降 Mf下降 Ms和Mf下降不一致 Wc0 2 Ms直线下降 Wc0 6 Mf下降缓慢 Mf 0 低于室温 2 合金元素 合金元素对C曲线影响可分为两大类 1 非 或弱 碳化物形成元素 主要有Co Ni Mn Cu Si B等 这类元素除Co外使C曲线右移 但对C曲线的形状影响不大 2 碳化物形成元素 主要有Cr Mo W V Ti Nb等 这类元素溶入奥氏体 从而使C曲线右移 且改变C曲线的形状和位置 使珠光体转变的C曲线移向高温 贝氏体转变的C曲线移向低温 从而C曲线分离成上下两部分 呈现双C曲线的特征 合金元素的影响 除Co Al 2 5 外 所有合金元素溶入奥氏体中 会引起 1 对珠光体转变除Co Al以外 大多数合金元素是延缓P转变 合金元素对P转变动力学影响的原因 合金元素的自扩散 对碳的扩散 改变了A F转变速度 改变了临界点 对奥氏体 F界面的拖拽作用 在这些合金元素中Mo的影响最为强烈 W为Mo的影响一半 Cr Mn Ni明显提高过冷A的稳定性 Si Al稍有提高过冷A体的稳定性 Co减小过冷A的稳定性 2 对马氏体转变除Co Al以外 大多数合金元素使Ms Mf下降化学成分对Ms点的影响的原因 改变了T0 改变了奥氏体的强度 3 对贝氏体转变除Co Al以外 大多数合金元素是延缓B转变 原因 合金元素溶入A后 增大其稳定性 从而使C曲线右移 合金元素对B转变动力学影响的原因 合金元素影响碳在A和F中扩散 改变了A F转变速度 改变了BS点 影响在一定温度下的相间自由能差 影响驱动力 强碳化物形成元素减缓B转变速度 总之 Co Al可促进冷却转变 其他合金元素大多阻碍转变 二 奥氏体状态1 奥氏体晶粒大小的影响奥氏体晶粒度增加 晶粒愈细 晶界面积增多 使晶界形核的珠光体易于形核 有利于珠光体转变发生 C曲线左移 虽然使贝氏体转变速度增加 C曲线左移 但对晶内形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大 对马氏体转变奥氏体晶粒长大 缺陷减少及奥氏体均匀化 马氏体形成的阻力减小 Ms升高 2 加热温度和保温时间加热温度和保温时间主要是通过改变奥氏体成分和状态来影响珠光体转变和贝氏体转变 因为奥氏体成分不一定是钢的成分 所以加热温度和保温时间不同 得到的奥氏体也不一样 必然对随后的冷却转变起影响 3 原始组织主要影响奥氏体成分均匀性 原始组织愈细 加热后奥氏体均匀化快 奥氏体成分愈均匀 随之冷却后珠光体转变和贝氏体转变的形核率下降 长大减慢 C曲线右移 原始组织愈粗 奥氏体成分不均匀 促进奥氏体分解 C曲线左移 三 塑性变形塑性变形加速珠光体转变 C曲线左移 但对贝氏体转变在高温 800 1000 进行塑性变形 贝氏体转变的孕育期越长 贝氏体转变的速度减慢 转变的不完全性增大 C曲线右移 在BS点低温亚稳的奥氏体区进行塑性变形加速贝氏体转变 C曲线左移 对马氏体转变来说 若在Ms以上某一温度范围内经塑性变形会促进奥氏体在该温度下向马氏体转变 使Ms升高 产生应变诱发马氏体 若在Ms Mf温度范围内的某一温度进行塑性变形也会促进奥氏体在该温度下向马氏体转变 若在Md以上某一温度范围内经塑性变形不会产生应变诱发马氏体 四 应力在奥氏体状态下施加拉应力或单向压应力 促进奥氏体分解 珠光体转变和贝氏体转变加快 C曲线左移 Ms升高 在奥氏体状态下施加多向压应力 减慢奥氏体分解 珠光体转变和贝氏体转变减慢 C曲线右移 Ms下降 综上所述 过冷奥氏体等温转变曲线的形状和位置受上述多种因素的影响 因此在使用时必须注意其标明的试验条件 包括钢的成分 包括微量元素 奥氏体化条件 外界条件等 三 C曲线的应用 1 等温淬火将加热到淬火温度的零件淬入350 至MS点之间的恒温槽中 长时间等温 可得到下贝氏体 2 等温退火用于合金钢锻 铸件 以消除冷却时形成的巨大应力 操作时将零件加热到完全退火的高温区域 再冷却到A P区域等温 使发生P转变 3 形变热处理形变热处理将合金钢加热到两条C曲线中间的A稳定区域变形 可提高缺陷密度及材料强度 4 定性解释连续冷却的奥氏体转变过程 等温淬火工艺曲线示意图 连续冷却过程中TTT曲线的分析 V1 5 5 s 炉冷 P V2 20 s 空冷 S V3 33 s 油冷 T M A残 V4 138 s 水冷 M A残 第二节过冷奥氏体连续转变动力学图 过冷奥氏体连续冷却转变图 又称CCT图或CT图 综合反映了过冷奥氏体在连续冷却时的转变温度 时间和转变量之间的关系 即反映了过冷奥氏体在不同的冷却速度下转变的转变开始时间 转变终了时间 转变产物类型 转变量与转变温度 转变时间的关系 CCT ContinuousCoolingTransformation 一 过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式 一 共析钢CCT图分析共析钢过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式如图 该图的纵坐标为温度 横坐标为时间 采用对数坐标 1 线 区的意义线 A1线 MS Mf线 P转变开始线 P转变终了线 P转变中止线 区 稳定A区 过冷A区 过冷A连续冷却P转变区 A P M形成区 A M 转变产物区 P M 注意 共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变图无贝氏体转变 过冷奥氏体连续冷却转变图 CCT图 Vk 时间 lg 温度 A1 Pf Ps A P K Ms Mf 水冷 油冷 Vk1 炉冷 空冷 转变中止线 Vk1 不发生M转变的最大冷速Vk 全部转变成M的最小冷速 Ps 珠光体转变开始线Pf 珠光体转变结束线 马氏体转变开始线 马氏体转变结束线 随冷却速度增加 A发生以下转变 1 VVk A M全部 共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较 二 非共析钢CCT图分析1 亚共析钢CCT图亚共析钢CCT图出现了先共析F析出区和贝氏体转变区 马氏体转变开始线与等温转变动力学图不同 MS不再为水平线 而是向右下侧倾斜 这是由于珠光体与贝氏体的转化 使奥氏体得到富化 而使MS降低的缘故 35CrMo钢的CCT图 图内有各种产物存在的区域和各种速度的冷却曲线 冷却曲线终端的数字为转变产物的硬度值 可为洛氏硬度或维氏硬度 冷却曲线与转变终了线交点处的数字为该产物所占的百分数 2 过共析钢CCT图过共析钢CCT图与共析钢CCT图相似 无贝氏体转变区 不同的是出现了先共析Fe3C析出区 MS也不为水平线 而是向右上侧倾斜 这是由于马氏体转变前有先共析Fe3C析出或部分珠光体转变 使周围奥氏体贫碳 而使MS升高的缘故 二 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用 1 确定临界冷速 2 选择淬火介质 3 预测热处理后零件的组织和性能 不同直径棒材料在水 油 空气中冷却曲线纵坐标为各种奥氏体化的温度 二 改型CCT图 该图的纵坐标为温度 横坐标为用700 时心部的冷速来表示的 每一确定的冷速又对应了不同冷却条件 空冷 油冷 水冷 下的某一直径的心部冷速 如 700 时的冷速为50 min 就相当于直径为50mm空冷的圆棒 直径为250mm油冷的圆棒及直径为270mm水冷的圆棒心部的冷速 图中的粗实线表示了不同