冷却时转变曲线

1、冷却时转变曲线第第3 3 节节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 热处理工艺的关键部分，对控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作用，不同的冷却速度获不同的组织与性能与性能冷却时转变曲线过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有和和两种。两种。 两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却一、概述一、概述冷却时转变曲线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。(Time-Temperature-Transfo

2、rmation diagram)冷却时转变曲线 过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速变图是表示奥氏体急速冷却到临界点冷却到临界点A A1 1 以下以下在各不同温度下的保温在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时过程中转变量与转变时间的关系曲线间的关系曲线. .又称又称C C 曲线、曲线、S S 曲线或曲线或TTTTTT曲曲线。线。二、共析钢过冷奥氏体的等温转变图冷却时转变曲线 A A1 1-Ms -Ms 间及转间及转变开始线以左的变开始线以左的区域为过冷奥氏区域为过冷奥氏体区。体区。 转变终了线以转变终了线以右及右及MMf f以下为转以下为转变产物区。变产物区。 两线之间及

3、两线之间及MsMs与与MMf f之间为转变之间为转变区。区。时间时间温度温度A1MSMfA过冷过冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥氏体奥氏体冷却时转变曲线表表4545钢经钢经840840加热后，不同条件冷却后的机械性能加热后，不同条件冷却后的机械性能冷 却 方 法b,MN/m2s,MN/m2，%，%HRC随炉冷却53028032.549.31518空气冷却 670720340151845501824油中冷却9006201820484560水中冷却1100720781214526冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线时间时间(s)30010210310410108

4、00-100100200500600700温度温度()0400A1冷却时转变曲线冷却时转变曲线5506502s10s5s2s5s10s30s40s冷却时转变曲线 C 曲线的分析曲线的分析 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。 冷却时转变曲线 C C曲线明确表示曲线明确表示了过冷奥氏体在不同了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产温度下的等温转变产物。物。冷却时转变曲线高温转变产物高温转变产物Fe、C均扩

5、散均扩散 亚共析钢：亚共析钢：F+P 共共 析析 钢：钢：P 过共析钢：过共析钢：P+Fe3C 化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 扩散类型扩散类型冷却时转变曲线冷却时转变曲线珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体械混合物，根械混合物，根据片层厚薄不据片层厚薄不同，又细分为同，又细分为珠光体、索氏珠光体、索氏体和托氏体体和托氏体.冷却时转变曲线光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜冷却时转变曲线800-1000倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌

6、冷却时转变曲线电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌冷却时转变曲线片间距片间距 bHRC l片间距越小，钢的强度、硬度片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善越高，而塑性和韧性略有改善. 冷却时转变曲线l珠光体转变是扩珠光体转变是扩散型转变。散型转变。 Fe3C冷却时转变曲线奥氏体奥氏体5.8秒秒19.2秒秒22.0秒秒24.2秒秒66.7秒秒冷却时转变曲线2 中温转变产物中温转变产物 Fe不扩散，不扩散，C部分扩散部分扩散 (C过饱和的）过饱和的）+Fe3C的机械混合物的机械混合物 贝氏体类型贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现化学成分的变化靠扩散实现 但晶格类型的转变非扩散性

7、但晶格类型的转变非扩散性 半扩散性半扩散性冷却时转变曲线冷却时转变曲线上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体冷却时转变曲线光镜下光镜下电镜下电镜下冷却时转变曲线光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为细片状碳在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。冷却时转变曲线共析钢的强度硬度与等共析钢的强度硬度与等温相变温度的关系温相变温度的关系冷却时转变曲线冷却时转变曲线上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程冷却时转变曲线l当转变温度较低（当转变温度较低（350- 230) 时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于

8、碳原子扩散能力低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。定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。 下贝氏体转变下贝氏体转变冷却时转变曲线 3 低温转变产物低温转变产物Fe、C均不扩散均不扩散非扩散型非扩散型 获得获得 C 在在-Fe 中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体 马氏体马氏体 马氏体类型马氏体类型( M) 冷却时转变曲线冷却时转变曲线马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。冷却时转变曲线冷却时

9、转变曲线光镜下光镜下电镜下电镜下冷却时转变曲线SEMTEM冷却时转变曲线电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下冷却时转变曲线马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C板条马氏体量板条马氏体量C，%体积，体积，%冷却时转变曲线45钢正常淬火组织钢正常淬火组织奥氏体奥氏体+马氏体马氏体冷却时转变曲线马氏体硬度与含碳量的关系马氏体硬度与含碳量的关系冷却时转变曲线针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌冷却时转变曲线l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散，都不扩散，因而马氏体因而马氏体的含碳量与的含碳量与奥氏体的含奥氏体的含碳量相同。

10、碳量相同。冷却时转变曲线马氏体转变马氏体转变切变示意图切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸冷却时转变曲线MfMsM(90%)M(50%)冷却时转变曲线 l即使冷却到即使冷却到Mf 点，点，也不可能获得也不可能获得100%的马氏体，总有部的马氏体，总有部分奥氏体未能转变分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用而残留下来，称残余奥氏体，用A 或或 表示。表示。冷却时转变曲线含碳量对马氏体含碳量对马氏体转变温度的影响转变温度的影响含碳含碳 量对残余奥量对残余奥氏体氏体 量的影响量的影响冷却时转变曲线冷却时转变曲线 不同温度下转变产物不同不同温度下转变产物不同 高温转变产物高

11、温转变产物(A1550) 珠光体珠光体( P)扩散型扩散型 中温转变产物中温转变产物(550MS) 贝氏体贝氏体( B)半扩散型半扩散型 低温转变产物低温转变产物(MSMf) 马氏体马氏体( M)非扩散型非扩散型2 要点要点冷却时转变曲线 存在孕育期存在孕育期 过冷奥氏体等温分解所需的准备时间过冷奥氏体等温分解所需的准备时间 代表代表 A过冷过冷稳定性稳定性 存在鼻点存在鼻点 孕育期最短，孕育期最短， A过冷过冷最不稳定最不稳定 T转转，产物硬度，产物硬度 马氏体是过冷奥氏体连续冷却中的一种转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，使变组织，非等温转变产物。将其画

12、入，使过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用冷却时转变曲线稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;230 - 50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-1001002005

13、00600700温度()0400A1MsMf冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线三、三、 影响影响 C 曲线的因素曲线的因素 与奥氏体状态有关与奥氏体状态有关 1 化学成分化学成分 （1） 含碳量含碳量 理论：奥氏体中理论：奥氏体中 C%，C 曲线右移曲线右移 F 相难析出，珠光体转变难进行相难析出，珠光体转变难进行 实际；亚共析钢：实际；亚共析钢：C%，C 曲线右移曲线右移 过共析：过共析：C%，左移，左移指溶入奥氏体中的指溶入奥氏体中的C冷却时转变曲线0.9%C0.9C+0.5Mn0.9C+1.2Mn 0.9+2.8MnTT0.5C0.5C+2%Cr0.5C+4%Cr0

14、.5C+8%Cr 除除Co、Al（WAl2.5%）外，其它合）外，其它合金元素随金元素随Me%，C曲线右移曲线右移 须溶入须溶入 A 中中 （2） 合金元素合金元素冷却时转变曲线TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,Cu,MnCo, Al 外所有合外所有合金元素金元素非碳化物形成元素非碳化物形成元素只改变只改变C曲线位置：曲线位置： 如如Co, Al, Ni, Cu, Si冷却时转变曲线强碳化物形成元素的影响强碳化物形成元素的影响T中强碳化物形成中强碳化物形成元素元素 Cr 的影响的影响 强碳化物形成元素强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影响等的影响W,Mo,V,Ti,N

15、b 等改变等改变C 曲线位置和形态曲线位置和形态冷却时转变曲线 碳化物形成元素改变碳化物形成元素改变 C 曲线位置和形状曲线位置和形状 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等等 对对Ms点的影响点的影响 Co、Al 使使 Ms 其它合金元素使其它合金元素使 Ms冷却时转变曲线 愈细，成分及组织愈不均匀，未溶第愈细，成分及组织愈不均匀，未溶第二相愈多，二相愈多， A 稳定性越差稳定性越差左移左移 T、t，晶粒粗大，成分、组织均匀，晶粒粗大，成分、组织均匀，A 稳定性稳定性 右移右移 3 其它：其它： 应力和塑性变形应力和塑性变形 2 奥氏体组织奥氏体组织冷却时转变曲线冷却时转变曲线P均匀均匀A

16、细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A(水冷水冷)淬火淬火A1MSMf时间时间650600550冷却时转变曲线VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线冷却时转变曲线VkVk时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100冷却时转变曲线三、共析碳钢三、共析碳钢 TTT 曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-1001002005006

17、00700温度()0400A1MsMfCCT曲线曲线TTT曲线曲线冷却时转变曲线 1、CCT曲线相对于曲线相对于TTT图图向右下方移动向右下方移动 2、CCT曲线只有相当于曲线只有相当于TTT图上半部分图上半部分 3、共析、过共析钢的、共析、过共析钢的CCT图上不出现图上不出现B相变。相变。 4、转变在一个温度范围内、转变在一个温度范围内完成，往往获得混合组织完成，往往获得混合组织 冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线冷却时转变曲线P + Fe3CS + Fe3CTBM + A残残 Fe3CAACM时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线冷却时转变曲线 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