第六章 钢的过冷奥氏体转变图.ppt

1 第六章 钢的过冷奥氏体转变图 2 用来描述转变开始和转变终了时间 转变产物和转变量与温度 时间之间的关系曲线 称为过冷奥氏体等温转变曲图 C曲线 TTT图 IT图 一 过冷奥氏体等温转变图的建立将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下的一定温度 进行等温 在等温过程中所发生的相变称为等温转变 测量转变的方法很多 金相法 硬度法 膨胀法 磁性法 电阻法 热分析法等 通常用金相硬度法和膨胀法配合使用 利用过冷奥氏体转变产物的形态或物理性能的变化进行测定 一 过冷奥氏体等温转变图 3 试样 10 15mm 厚1 5 2mm 具有相同的原始组织 可通过退火或正火获得 奥氏体化 所有试样均在相同条件下进行奥氏体化 要求奥氏体的化学成分均匀一致 等温转变 将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温浴炉中保温一系列时间 淬火 将保温后的试样迅速取出淬入盐水中 绘图 测出给定温度 时间下的转变产物类型 转变产物的百分数 并将结果绘制成曲线 4 动画 5 二 奥氏体等温转变图的特点开始线以左部分为过冷奥氏体区 转变终了线以右区域为P或B区 两条线之间为转变过渡区 A P或A B 水平线MS为马氏体转变开始温度 MS以下为马氏体区 1 过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期 孕育期的长短随等温温度而变 鼻子点处的孕育最短 即 在此温度奥氏体最不稳定 最易分解 鼻子点的出现是因为转变的形核及长大均受C原子及Fe原子扩散的控制 6 2 在不同温度下等温具有不同的转变产物 1 珠光体转变区A1 550 内为P转变区 一般为片状 片间距离随温度降低而减小 屈服强度升高 2 贝氏体转变区鼻子温度 MS为贝氏体转变区 分上贝氏体和下贝氏体区 贝氏体转变终了线以右不能得到单一的贝氏体组织 而是贝氏体 残余奥氏体 3 马氏体转变区MS以下为马氏体转变区 直到Mf 4 珠光体与贝氏体 贝氏体与马氏体可能重叠这样在某一温度等温 将得到P B或B M混合组织 7 三 奥氏体等温转变图的常见类型1 碳钢的基本类型 只有一个鼻子点 即珠光体转变与贝氏体转变重叠 亚 过 共析钢比共析钢多出一个F析出线和Cem析出线 8 2 合金钢C曲线的常见类型归纳起来大体上可以分为六种类型 1 具有单一的C字形曲线 即P与B转变重叠 与碳素钢相似 除碳钢以外 含有Si Ni Cu Co等合金元素 非碳化物形成元素 的钢均属此类 2 具有双C字形曲线 两个鼻子在时间轴上相近 在温度轴上不同 P与B部分重叠 如37CrSi具有这样的C曲线 9 3 具有双C字形曲线 两个鼻子在时间和温度轴上都不相同 P与B部分重叠 1 P转变曲线右移比较显著 20Cr 40Cr 35CrMn2 40CrMn等 2 B转变曲线右移较为显著 GCr15 9Cr2 CrMn CrWMn等 10 4 P与B转变曲线完全分开1 B转变曲线右移 Cr12 Cr12 VW18Cr4V等 2 P转变曲线右移 5CrNiMo 3Cr2W8 35CrNi3Mo等 11 5 只有P转变区而无B转变区 4Cr13 或只有B转变区而无P转变区 18CrNiV 6 只有一条碳化物析出线 无P和B转变区 奥氏体钢都具有这类曲线 12 13 四 影响奥氏体等温转变图的因素1 化学成分 1 碳含量的影响对珠光体部分 亚共析钢 随碳含量的增加C曲线右移 过共析钢 随碳含量的增加C曲线左移 对贝氏体部分 随碳含量的增加C曲线总是右移的 2 合金元素的影响一般规律 除Co Al以外 常用的合金元素均增加过冷奥氏体的稳定性 推迟转变和降低转变速度 使等温转变曲线右移 延长过冷奥氏体转变开始和终了时间 对P和B转变有分离作用 Al的作用 对B转变与Co相同 14 注意 合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用 否则将使奥氏体转变速度加快 C曲线左移 根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同 可以把合金元素分两类 第一类 非 弱 碳化物形成元素Mn Ni Cu Si对过冷奥氏体的影响在性质上与C的作用相似 即减慢P和B的形成 降低Ms点 第二类 碳化物形成元素 其中大多数减慢F P形成的作用大于减慢B形成的作用 同时也降低Ms点 15 A Cr的影响增加转变的孕育期 使P转变部分和B转变部分分离 即P部分移向高温区 而B部分移向低温区 另外 对B转变的推迟作用大于对P转变的推迟作用 B Ni和Mn的影响Ni对C曲线的形状无影响 使整个曲线向右略下方移动 降低Ms点 Mn对高碳钢的C曲线的影响基本上与Ni相似 但推迟转变的作用大于Ni Mn对转变终了线的推迟作用更显著 即降低了奥氏体向珠光体的转变速度 16 C Mo和W的影响Mo对P转变有显著的推迟作用 对B转变的影响较小 随Mo 的增加 P部分与B部分会分离 Mo降低Ms点 W的作用与Mo基本上是相似的 只是推迟B转变的作用比Mo要小 若要达到与Mo相同的程度 W的含量应高于Mo的一倍 D B 硼 的影响B对C曲线有特殊的影响 含微量的B 0 002 0 005 就足以使F的析出和P转变显著推迟 B原子吸附在A晶界上 降低了晶界的界面能 从而降低了先共析F和P的成核率 如果B原子向A晶内扩散 使晶界上吸附的数量减少 将使B的作用明显下降 E Co的影响对C曲线的形状无影响 随Co 增加C曲线左移 Ms升高 17 18 2 奥氏体晶粒尺寸的影响A晶粒愈细小 等温转变的孕育期愈短 加速过冷A向P的转变 对B转变有相同的作用 但不如对P的作用大 相反A晶粒粗大将C曲线右移 3 原始组织 加热温度和保温时间的影响在相同的加热条件下 原始组织越细 越容易得到均匀的A 使等温转变曲线右移 Ms降低 当原始组织相同时 提高A化温度 延长保温时间 将促进碳化物溶解 也会使C曲线右移 4 塑性变形的影响无论高温和低温塑性变形 均加速过冷A的转变 原因 未经变形的A向P转变时仅在晶界形核 而变形后 过冷A在等温转变时 可出现晶内形核 19 二 过冷奥氏体连续冷却转变图TTT图反映的是过冷A等温转变的规律 可以用来指导热处理工艺的制定 在实际热处理中 很多热处理工艺都是在连续冷却条件下进行的 如淬火 正火 退火等 可以利用TTT图来分析连续冷却时过冷A的转变过程 但这种分析只能是粗略的估计 有时甚至可以得出错误的结果 实际上在连续冷却时 过冷A是在一个温度范围内发生转变的 所以人们很早就开始对过冷A在连续冷却条件下的转变形为 并试图用图形的方式来描述这一过程 连续冷却转变图通常称为CCT图 ContinuousCoolingTransformation 20 一 CCT图的建立测定CCT图一般说来是比较复杂的 最常用的方法是综合热分析 金相 硬度和膨胀法等多种方法一同 测定某种钢的连续冷却转变图 试样为 3 10mm 在试样上焊上0 1mm的Pt PtRh温差热电偶 用一组试样加热A化后 以不同的速度连续冷却 用快速膨胀仪 测量在冷却过程中试样长度的变化 找出转变开始和终了的温度和时间 及最终获得的硬度值 将不同冷却速度下的转变开始和终了点连接起来 即得到了连续冷却转变曲线 动画 21 22 23 24 二 连续冷却转变图的特点及其与等温转变图的关系1 共析碳钢和过共析碳钢的连续冷却转变图 只有高温区的P转变和低温区的M转变 而无中温区的B转变 亚共析碳钢可以有B转变 亚共析钢和过共析钢有先共析相F和Cem析出线 由于先共析相的析出 可以改变A的C含量 从而使随后在低温区发生M转变的Ms发生相应的变化 2 合金钢的CCT图 可以有P转变无B转变或只有B转变无P转变等多种不同的情况 具体的情况由加入的合金元素种类和数量而定 3 在等温条件下合金元素推迟过冷A的等温转变 在连续冷却条件下 合金元素也降低过冷A的转变速度 使CCT曲线右移 25 4 A晶粒度对CCT图的影响规律是 A晶粒粗大CCT图移向右下方 5 连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方 这说明连续冷却转变的温度低 孕育期长 6 不论P转变 还是B转变的连续冷却转变曲线 都只有相当于C曲线的上半部分 7 连续冷却时 在一定的冷却条件下 A在高温区的转变不能完成 余下的A则在中温区及低温的M转变区继续转变 最终得到混合组织 由于在高温和中温区的转变 会改变余下A的C含量 从而使Ms发生相应的变化 26 27 三 钢的临界冷却速度临界冷却速度 连续冷却时 在某几个特定的冷却速度下 所得到的组织将发生突变 这些冷却速度称为临界冷却速度 一 连续冷却图中的临界冷却速度在实际生产中 为了使钢件在淬火后得到完全的M组织 应使A从淬火加热温度到Ms点的冷却过程中不发生分解 为此 钢件的冷却速度应大于某一临界值 此临界值称为临界淬火速度 一般又称为临界冷却速度 用Vc表示 实际上是获得100 M转变的最小的冷却速度 28 29 30 二 影响临界冷却速度的因素凡影响A稳定性 影响CCT曲线形状的因素均影响VC 使曲线右移的均降低VC 左移的均使VC提高 1 碳含量低碳钢随C含量增加 VC显著降低 但在0 3 1 0 范围内 VC下降的不多 C 1 0 后 随C含量的增加 VC增高 2 合金元素的影响除Co以外 大部分合金元素溶入A中 都增加A的稳定性 使VC下降 若未溶入A中 以碳化物形式存在 则会使VC升高 31 3 A晶粒度的影响随A晶粒尺寸增大 VC减小 对受P转变制约的VC影响较大 而对受B转变制约的VC影响较小 4 A化温度的影响A化温度升高 A的合金化程度增大 稳定性升高 从而使VC降低 5 A中非金属夹杂物和稳定碳化物硫化物 氧化物 氮化物及难溶的稳定碳化物 在A化时 能阻碍A晶粒的长大 促进非M组织的形成 使VC增大 32 三 利用等温转变图估计临界冷却速度由于CCT图的测试较难 所以到目前为止还有许多钢的CCT图尚未建立 而TTT图较易建立 许多钢的TTT图已基本成型 因此研究应用TTT图估计VC是很有意义的 33 从纵轴由A1开始作冷却曲线与TTT图开始线相切 该冷却曲线所代表的冷却速度VC 可用下式描述 考虑到CCT图位于TTT图的右下方 将上式修正 即得到近似的VC 注意 只适用于VC决定