过冷奥氏体转变动力学TTT与CCT曲线

1、过冷奥氏体转变动力学TTT与CCT曲线钢在热处理时的冷却方式 热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却1. 过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT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）。 TTTTemperature Time Transformation ITIsothermal Transformation 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

2、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（AP、AB），转变产物区（P、B）， M形成区（AM）、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A1550;高温转变区;扩散型转变;P 转变区。550230;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。时间(s)3001

3、021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf 2. 转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区： (1). P型转变：高温区（临界点A1550）、过冷度小，P型组织转变区，AP；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，AM；非扩散型相变 (3).B型转变：中温区（550MS），发生B转变的区域，AB。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；共析钢等温转变的产物及形貌 “C”字形？ 过冷奥氏体等温转变

4、速度受两个主要因素：驱动力Gv和原子的扩散系数D。等温温度愈低，过冷度大，驱动力Gv大，等温转变速度越大；但等温温度愈低，扩散系数D减小，原子扩散能力下降，转变速度减小；这两个因素的作用是矛盾的。 （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

5、转变曲图与共析钢的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C曲线 亚共析钢的TTT曲线 FAP + FS + FTBM + A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf过共析钢C曲线 过共析钢的TTT曲线P + Fe3CS + F

6、e3CTBM + A残 Fe3CAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf （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AP和AB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

7、氏体转变与M转变也会叠。 1.2 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 （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

8、轴最远，共析钢的过冷奥氏体最稳定。 奥氏体中含碳量的影响:过共析钢共析 钢亚共析钢时间温度A1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Ac1Accm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Ac

9、cm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。铁素体长大时，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。Wc0.6%，Mf比Ms下降得快。 碳含量增加，

10、 Wc0.2%，Ms直线下降。 Wc0.6%，Mf下降缓慢，Mf0（低于室温）。 如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al以外，大多数合金元素总是不同程度地延缓珠光体和贝氏体相变，这是由于它们溶入奥氏体后，增大奥氏体稳定性，从而使C曲线右移。其中碳化物形成元素的影响最为显著。如果碳化物形成元素未能溶入奥氏体，而是以残存未溶碳化物微粒形式存在，则将起相反作用，使C曲线左移。 如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al外，大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温（Ms、Mf），并增加残余奥氏体量。 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

11、、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。合金元素对贝氏体转变与对珠光体转变的影响有所不同。 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:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢 （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、

12、对碳的扩散、改变了AF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：（1）、改变了T0；（2）、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，这是由于它们溶入A后，增大其稳定性，从而使C曲线右移。但它们的作用不如碳显著。合金元素对B转变动力学影响的原因：（1）合金元素影响碳在A和F中扩散；改

13、变了AF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。 （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。 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

14、的冷却转变起影响。 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。 （1）对珠光体转变 提高奥氏体化加热温度和保温时间，一使奥氏体晶粒长大，晶界面积减少，珠光体形核位置减少，使珠光体难于形核，C曲线右移；二使奥氏体均匀化程度高，浓度梯度下降，形核长大减慢，C曲线右移。所以一定要指明成分，晶粒度及奥氏体化温度，才可查得相应的C曲线。 当奥氏体化温度下降，保温时间缩短, 奥氏体成分不均匀，晶粒减小，晶界面积增加，珠光体形核位置增加，形核

15、率增加，C曲线左移。 上述二种影响，当珠光体转变是在高温时更为剧烈。 （2）对马氏体转变 加热温度和保温时间的影响是两方面的。提高奥氏体化加热温度和保温时间，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。提高奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶入奥氏体中。Ms下降。若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保温时间，使MS升高。（3）对贝氏体转变 奥氏体化温度越高，奥氏体成分均匀化程度高，减缓碳的再分配；同时奥氏体晶粒越大，贝氏体转变的孕育期越长，贝氏体转变的速度减慢，C曲线右移。 （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

16、（8001000）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MsMf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

17、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。 1.3 C曲线测定方法 TTT图的建立是在等温冷却条件下，利用过冷奥氏体等温转变产物的组织形态和物理性质的变化，通过实验的方法绘制的。 常见测定方法有： 金相法； 硬度法； 膨胀法； 磁性法及电阻法等 以金相法为例介绍共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立。 金相法法是将金相法和硬度法结合在一起的方法，其原理是利用金相显微镜直接观察过冷奥氏体在不同等温温度下进行等温转变的产物的组织形

18、态和数量，并测量转变产物的硬度，根据组织的变化和硬度的差异来确定过冷奥氏体等温转变的转变开始时间和转变终了时间。在温度、时间坐标上绘制C曲线。 共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图 金相法硬度法其过程如下： 将共析钢加工成10-15mm、厚1.5 mm圆片状试样，并分成若干组，每次取一组试样，在盐浴炉内加热使之奥氏体化后，置于一定温度的恒温盐浴槽中进行等温转变，停留不同时间之后，逐个取出并快速浸入盐水中，使等温过程中未分解的奥氏体转变为新相马氏体。则淬火

19、后得到的马氏体量即等温过程中未及转变的奥氏体量。将各试样经制备后进行组织观察。马氏体在显微镜下呈白亮色。可见，白亮的马氏体数量就等于未转变的过冷奥氏体数量。当在显微镜下发现某一试样刚出现灰黑色产物（珠光体）（一般为99.5%马氏体）时，所对应的等温时间即为过冷奥氏体转变开始时间，到某一试样中无白亮马氏体（一般为0.5%马氏体）时，所对应的时间即为转变终了时间。用上述方法分别测定不同等温条件下奥氏体转变开始和终了时间。 同时，在等温转变停留不同时间之后，逐个取出并快速淬入盐水中，当奥氏体未发生等温转变时，淬入盐水后奥氏体全部转变为马氏体，硬度值高，为一定值；当奥氏体发生部分等温转变时，淬入盐水后

20、组织为马氏体与珠光体或贝氏体的混合组织，硬度值下降且随等温转变产物量增多而不断下降，直至转变完了，硬度值趋于一定值；即当奥氏体全部发生等温转变时，淬入盐水后组织为珠光体或贝氏体的组织，硬度值低，也为一定值；硬度开始明显下降所对应的等温时间即为过冷奥氏体转变开始时间，硬度开始保持不变所对应的时间即为转变终了时间。用上述方法分别测定不同等温条件下奥氏体转变开始和终了时间。 最后将所有转变开始和终了点标在温度、时间坐标上，并分别连接起来，即得到过冷奥氏体等温转变曲线，如图6-4。实验表明，当过冷奥氏体快速冷至不同的温度区间进行等温转变时，可能得到如下不同的产物及组织。 图的下部的MS点、Mf点也由实

21、验的方法测定。1.4 C曲线的应用 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； 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AP区域等温，使发生P转变。 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。 稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf连续冷却过程中 TTT 曲线的分析V1V2VkV3V4V1 = 5.5/s :炉冷 ; PV2 = 20/s :空冷 ; SV3 = 33/s

22、 :油冷;T+M+A残V4 138/s :水冷 ; M+A残2 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）。 CCTContinuous Cooling Transformation 2.1 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：纵

23、坐标为温度，横坐标为时间，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（AP），M形成区（AM）、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 2.在不同的冷却速度下A发生的转变 随冷却速度增加，A发生以下转变： （1）VVC，AP全部 （2）VCVVC ，AM全部 注意：VC和VC为临界冷却速度， 上临界冷却速度 VC 下临界冷却速度 VC 共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线 (二）非共析钢CCT图分析 1. 亚共析钢CCT图 亚共析钢CCT图与共析钢CCT图有很大的差别，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钢的过冷奥氏体连