北科大热处理

1、第三节第三节 过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图 由右图可知，如果将事由右图可知，如果将事先加热成奥氏体状态的钢先加热成奥氏体状态的钢冷却到冷却到A1A1温度以下，则由温度以下，则由于此温度下奥氏体的自由于此温度下奥氏体的自由能比铁素体与渗碳体两相能比铁素体与渗碳体两相混合物（珠光体或贝氏体）混合物（珠光体或贝氏体）高，所以奥氏体将发生分高，所以奥氏体将发生分解而向珠光体（或其它组解而向珠光体（或其它组织）转变。织）转变。 过冷奥氏体：奥氏体冷却到临界温度以下，过冷奥氏体：奥氏体冷却到临界温度以下， 处处于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。 过冷奥氏体的冷却方

2、式：平衡冷却和非平衡冷却过冷奥氏体的冷却方式：平衡冷却和非平衡冷却 以共析钢为例以共析钢为例l 加热到Ac1以上，共析转变成成分大致均匀的单相奥氏体；l 冷却到Ar1以下，单相奥氏体分解为在成分上差别很大的铁素体与渗碳体两相的混合物（珠光体或贝氏体）；l 显然必须借助于扩散过程才能实现。随着温度的随着温度的降低，原子扩散能力不断减弱，转变产物也不一样降低，原子扩散能力不断减弱，转变产物也不一样。3.1 3.1 过冷奥氏体转变类型过冷奥氏体转变类型 珠光体转变：铁素体和渗碳体组成的混合物，扩珠光体转变：铁素体和渗碳体组成的混合物，扩散型相变。形态有片状和粒状散型相变。形态有片状和粒状 共析钢38

3、00倍8000倍8000倍T12钢贝氏体转变：过饱和的铁素体和碳化物组成的混合贝氏体转变：过饱和的铁素体和碳化物组成的混合物。形态有羽毛状和针状物。形态有羽毛状和针状 上贝氏体 500 x 上贝氏体 1000X 下贝氏体 100X 下贝氏体 1000X低碳板条马氏体低碳板条马氏体高碳片状马氏体高碳片状马氏体马氏体转变马氏体转变3.2 过冷奥氏体等温转变图(TTT)的建立 将过冷奥氏体迅速冷至临界温度以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变称为过冷奥氏体等温转变。 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图。（C曲线

4、、TTT图） 测定过冷奥氏体等温转变图的方法有金相-硬度法、膨胀法、磁性法、热分析法等。时间，时间，S温度，温度，相变开始线相变终了线Ar1相变终了线实验过程：制备多组圆片状试样加热使其奥氏体化转入A1以下一定温度的盐浴中等温停留不同时间后取出分别在盐水中淬火金相显微组织观察，结合硬度确定已转变的奥氏体数量获得不同温度等温时的奥氏体转变动力学曲线将不同温度下的等温转变开始时间和终了时间以及某些特定转变量所对应的时间绘制在温度-时间半对数坐标系中，并将不同温度下的转变开始点和转变终了点以及特定转变量的点分别连接成曲线，即得到过冷奥氏体等温转变动力学图，简称TTT曲线或C曲线。过冷奥氏体等温转变图

5、作法示意图过冷奥氏体等温转变图作法示意图由上图可以看出： 1. 在各不同温度下过冷奥氏体等温分解需要一段准备时间，称为孕育期。 2. 当等温温度从A1点逐渐降低时，相变的孕育期逐渐减短，转变速度加快；温度下降到某一温度时，孕育期最短，转变速度最快，通常把此处称为C曲线的鼻部或拐点；温度再降低，孕育期反而增长，转变速度减慢。 3. 对于碳钢，在其C曲线鼻部以上为过冷奥氏体高温转变区，生成珠光体；在鼻部以下至Ms点之间为中温转变区，生成贝氏体；在Ms点以下为低温转变区，生成马氏体。 4. 从整体来看，当过冷奥氏体发生转变时，随时间的增长，转变速度增大，但至转变50%以后，转变速度又逐渐降低，直至转

6、变完成。(过冷奥氏体等温转变动力学曲线)共析碳钢(0.8%C,0.76%Mn)的C曲线l 以共析钢共析钢为例，过冷奥氏体等温转变曲线可以划分为三个转变区域：l 从A1至550温度范围内，等温形成层片状铁素体和渗碳体的机械混合物，统称为珠光体为珠光体; ;l 2)从550至Ms温度范围内，等温转变形成贝氏体，它是过饱和碳的铁素体和碳化物的机械混合物。根据形成温度高低，又可分为上贝氏体和下贝氏体;l 3)将奥氏体快冷至Ms以下，在Ms至Mf之间产生马氏体转变马氏体转变，它是属于无扩散性相变，得到的过饱和的固溶体。 亚共析钢有一条先共析铁素体线，最后得到的组织为铁素体和珠光体。 过共析钢有一条先共析

7、渗碳体线，最后得到的组织为先共析渗碳体和珠光体。过冷奥氏体等温转变动力学图的应用过冷奥氏体等温转变动力学图的应用 制定等温热处理工艺的有效依据，例如：制定等温热处理工艺的有效依据，例如：等温淬火、等温退火等。等温淬火、等温退火等。1 1、等温淬火：获得下贝氏体。、等温淬火：获得下贝氏体。2 2、退火和等温退火：珠光体转变。、退火和等温退火：珠光体转变。3 3、形变热处理、形变热处理 ：将形变强化和热处理强化结合。：将形变强化和热处理强化结合。3.3 过冷奥氏体连续冷却转变图的建立 建立的原因：l大量的热处理工艺是采用连续的冷却方式。l热轧钢材的变形组织控制在变形条件下冷却组织如何控制。虽然可以

8、利用等温转变图来分析连续冷却时的过冷奥氏体转变过程，但是这种分析只能是粗略的，有时甚至得到的是错误的结果。l有必要建立过冷奥氏体的连续冷却转变图，简称CCT(Continuous Cooling Transformation)图。难点：l 维持恒定冷却速度十分困难。l 转变产物的精确测定十分困难。l 快速冷却时保证测量时间、温度的精度十分困 难。测量方法：通常综合运用金相-硬度法、膨胀法、磁性法、热分析法以及端淬法等。3.3 过冷奥氏体连续冷却转变图的建立l选定一组具有不同冷却速度不同冷却速度的方法，然后将欲测样品加热到奥氏体化温度，以各种冷速冷却。l冷却过程中采用膨胀法和金相法测定转变开始点

9、和终了点。l把测得的不同冷速下的起始点和终了点标在温度-时间坐标系中，连接各性质相同的点。获得过 冷 奥 氏 体 连 续 冷 却 转 变 图 。 简 称CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线。3.4 3.4 过冷奥氏体连续冷却转变图的分析过冷奥氏体连续冷却转变图的分析l当连续冷却速度很小时，转变的过冷度很小，转变开始和终了的时间很长。如按冷却速度V1所示；l冷却速度如果加大，则转变温度降低，转变的开始与终了时间缩短，而且冷却速度愈大，转变所经历的温度区间也愈大。如按冷却速度V2所示。l上图中，有一转变中止线，表示冷却曲线与此线相交时转变并未最后完成，但

10、奥氏体停止了分解，剩余部分被过冷到更低温度下发生马氏体转变。 l通过上图中C点的冷却曲线相当于上临界冷却上临界冷却速度速度。当冷速很大（超过Vc）时，奥氏体将全部被过冷到Ms点以下转变为马氏体。由此的结论：由此的结论：（1）以某一定速度冷却时，珠光体转变在一个温度区间进行。冷速愈大，此区间也愈大，开始转变的温度也愈低。（2）冷却速度小于下临界冷却速度下临界冷却速度时，转变产物全部为珠光体（P）；冷却速度大于上临界冷却速度上临界冷却速度时，转变产物为马氏体（M）及少量残余奥氏体；（3）冷却速度介于上临界速度与下临界速度之间时，转变产物为珠光体、马氏体加少量残余奥氏体。过冷奥氏体等温转过冷奥氏体等

11、温转变曲线（变曲线（C C曲线）与曲线）与连续转变曲线连续转变曲线(CCT(CCT曲线）之比较曲线）之比较由图可见，共析钢的 CCT曲线与其C曲线比较，向右下方移动了，亦即转变的开始时间推迟，开始温度降低。 对于亚共析钢和过共析钢的连续冷却转变曲线分别如下图所示。图中， F-代表铁素体区域； P-代表珠光体区域； B-代表贝氏体区域； M-代表马氏体区域。 0.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930；时间：30min0.90%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930；时间：30min表表1 1 试样主要化学成分（试样主要化学成分（wt%wt%）试样号CSiMnPS10.2320.2741.5600.01090.042820.2360.2811.5780.01140.0463 根据相近成分钢种的CCT曲线，选取冷却速率分别为0.2/s，0.5/s，1/s，1.5/s，3/s，5/s，8/s，12/s，20/s，35/s，如下图所示：0.2/s，5/s， 0.5/s，1/s，1.5/s，3/s，3.5 3.5 结论结论l钢的C曲线与CCT曲线是制定合理的热处理工艺规程的重要依据；它对于