冷卻時轉變曲線

1、過冷奧氏體的轉變方式有過冷奧氏體的轉變方式有和和兩種。兩種。 兩種冷卻方式兩種冷卻方式 示意圖示意圖 1等溫冷卻等溫冷卻 2連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 一、概述一、概述 過冷奧氏體等溫轉變圖TTT圖或C曲線是 獲得等溫轉變組織的主要依據(jù)，是等溫 淬火獲得馬氏體組織或貝氏體組織的主 要依據(jù)。 (Time-Temperature-Transformation diagram) 過冷奧氏體的等溫轉過冷奧氏體的等溫轉 變圖是表示奧氏體急速變圖是表示奧氏體急速 冷卻到臨界點冷卻到臨界點A A1 1 以下以下 在各不同溫度下的保溫在各不同溫度下的保溫 過程中轉變量與轉變時過程中轉變量與轉變時 間的關系曲線間的關系曲

2、線. .又稱又稱C C 曲線、曲線、S S 曲線或曲線或TTTTTT曲曲 線。線。 二、共析鋼過冷奧氏體的等溫轉變圖 A A1 1-Ms -Ms 間及轉間及轉 變開始線以左的變開始線以左的 區(qū)域為過冷奧氏區(qū)域為過冷奧氏 體區(qū)。體區(qū)。 轉變終了線以轉變終了線以 右及右及MMf f以下為轉以下為轉 變產(chǎn)物區(qū)。變產(chǎn)物區(qū)。 兩線之間及兩線之間及MsMs 與與MMf f之間為轉變之間為轉變 區(qū)。區(qū)。 時間時間 溫度溫度 A1 MS Mf A 過冷過冷 P B M AM AB AP 轉變開始線轉變開始線 轉變終了線轉變終了線 奧氏體奧氏體 表表4545鋼經(jīng)鋼經(jīng)840840加熱后，不同條件冷卻后的機械性能加

3、熱后，不同條件冷卻后的機械性能 冷 卻 方 法 b,MN/m 2 s,MN/m 2 ，%，%HRC 隨爐冷卻53028032.549.31518 空氣冷卻 670720340151845501824 油中冷卻9006201820484560 水中冷卻1100720781214526 時間時間(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度溫度 () 0 400 A1 550 650 2s10s 5s 2s 5s 10s 30s 40s C 曲線的分析曲線的分析 轉變開始線與縱坐標之間的距離為孕育期。 孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小.

4、孕育期最小處稱C 曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處 的溫度為550。 在鼻尖以上, 溫度較高，相變驅動力小. 在鼻尖以下，溫度較低，擴散困難。從而使奧氏 體穩(wěn)定性增加。 C C曲線明確表示曲線明確表示 了過冷奧氏體在不同了過冷奧氏體在不同 溫度下的等溫轉變產(chǎn)溫度下的等溫轉變產(chǎn) 物。物。 高溫轉變產(chǎn)物高溫轉變產(chǎn)物 Fe、C均擴散均擴散 亞共析鋼：亞共析鋼：F+P 共共 析析 鋼：鋼：P 過共析鋼：過共析鋼：P+Fe3C 化學成分與晶格類型的轉變均靠擴散實現(xiàn)化學成分與晶格類型的轉變均靠擴散實現(xiàn) 擴散類型擴散類型 珠光體珠光體 索氏體索氏體托氏體托氏體 械混合物，根械混合物，根 據(jù)片層厚薄不據(jù)片層厚薄不

5、同，又細分為同，又細分為 珠光體、索氏珠光體、索氏 體和托氏體體和托氏體. 光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌 三維珠光體如同放在水中的包心菜三維珠光體如同放在水中的包心菜 800-1000倍光鏡倍光鏡 下可辨，用符號下可辨，用符號 S 表示。表示。 電鏡形貌電鏡形貌 光鏡形貌光鏡形貌 電鏡形貌電鏡形貌光鏡形貌光鏡形貌 片間距片間距 b HRC l片間距越小，鋼的強度、硬度片間距越小，鋼的強度、硬度 越高，而塑性和韌性略有改善越高，而塑性和韌性略有改善. 兩者相間形核并長大，兩者相間形核并長大， 形成一個珠光體團形成一個珠光體團. l珠光體轉變是擴珠光體轉變是擴 散型轉變。散型轉變。 F

6、e3C 奧氏體奧氏體 5.8秒秒19.2秒秒 22.0秒秒 24.2秒秒66.7秒秒 2 中溫轉變產(chǎn)物中溫轉變產(chǎn)物 Fe不擴散，不擴散，C部分擴散部分擴散 (C過飽和的）過飽和的）+Fe3C的機械混合物的機械混合物 貝氏體類型貝氏體類型( B) 化學成分的變化靠擴散實現(xiàn)化學成分的變化靠擴散實現(xiàn) 但晶格類型的轉變非擴散性但晶格類型的轉變非擴散性 半擴散性半擴散性 上貝氏體上貝氏體 下貝氏體下貝氏體 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 l在電鏡下為細片狀碳在電鏡下為細片狀碳 化物分布于鐵素體針化物分布于鐵素體針 內(nèi)，并與鐵素體針長內(nèi)，并與鐵素體針長 軸方向呈軸方向呈55-60角

7、。角。 共析鋼的強度硬度與等共析鋼的強度硬度與等 溫相變溫度的關系溫相變溫度的關系 上貝氏體轉變過程上貝氏體轉變過程 l當轉變溫度較低（當轉變溫度較低（350- 230) 時，鐵素體在晶界或時，鐵素體在晶界或 晶內(nèi)某些晶面上長成針狀，由于碳原子擴散能力低晶內(nèi)某些晶面上長成針狀，由于碳原子擴散能力低, 其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一 定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。 下貝氏體轉變下貝氏體轉變 3 低溫轉變產(chǎn)物低溫轉變產(chǎn)物 Fe、C均不擴散均不擴散非擴散型非擴散型 獲得獲得 C 在在-Fe 中的過飽和

8、固溶體中的過飽和固溶體 馬氏體馬氏體 馬氏體類型馬氏體類型( M) 馬氏體組織馬氏體組織 l馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 SEM TEM 電鏡下電鏡下 電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下 馬氏體形態(tài)與含碳量的關系馬氏體形態(tài)與含碳量的關系 0.45%C0.2%C1.2%C 板條馬氏體量板條馬氏體量 C，% 體積，體積，% 45鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織 奧氏體奧氏體+馬氏體馬氏體 馬氏體硬度與含碳量的關系馬氏體硬度與含碳量的關系 針狀馬氏體針狀馬氏體板條馬氏體板條馬氏體 馬氏體的透射電鏡形貌馬氏體的透射電鏡形貌

9、l鐵和碳原子鐵和碳原子 都不擴散，都不擴散， 因而馬氏體因而馬氏體 的含碳量與的含碳量與 奧氏體的含奧氏體的含 碳量相同。碳量相同。 馬氏體轉變馬氏體轉變 切變示意圖切變示意圖馬氏體轉變產(chǎn)生的表面浮凸馬氏體轉變產(chǎn)生的表面浮凸 Mf Ms M(90%) M(50%) l即使冷卻到即使冷卻到Mf 點，點， 也不可能獲得也不可能獲得100% 的馬氏體，總有部的馬氏體，總有部 分奧氏體未能轉變分奧氏體未能轉變 而殘留下來，稱殘余奧氏體，用而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A 或或 表示。表示。 含碳量對馬氏體含碳量對馬氏體 轉變溫度的影響轉變溫度的影響 含碳含碳 量對殘余奧量對殘余奧 氏體氏體 量的影響量的

10、影響 不同溫度下轉變產(chǎn)物不同不同溫度下轉變產(chǎn)物不同 高溫轉變產(chǎn)物高溫轉變產(chǎn)物(A1550) 珠光體珠光體( P)擴散型擴散型 中溫轉變產(chǎn)物中溫轉變產(chǎn)物(550MS) 貝氏體貝氏體( B)半擴散型半擴散型 低溫轉變產(chǎn)物低溫轉變產(chǎn)物(MSMf) 馬氏體馬氏體( M)非擴散型非擴散型 2 要點要點 存在孕育期存在孕育期 過冷奧氏體等溫分解所需的準備時間過冷奧氏體等溫分解所需的準備時間 代表代表 A過冷 過冷穩(wěn)定性 穩(wěn)定性 存在鼻點存在鼻點 孕育期最短，孕育期最短， A過冷 過冷最不穩(wěn)定 最不穩(wěn)定 T轉 轉，產(chǎn)物硬度 ，產(chǎn)物硬度 馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉

11、 變組織，非等溫轉變產(chǎn)物。將其畫入，使變組織，非等溫轉變產(chǎn)物。將其畫入，使 過冷奧氏體等溫轉變曲線更完備、實用過冷奧氏體等溫轉變曲線更完備、實用 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū) 過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū) A向產(chǎn)向產(chǎn) 物轉變開始線物轉變開始線 A向產(chǎn)物向產(chǎn)物 轉變終止線轉變終止線 A + 產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū) 產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū) A1550;高溫轉變區(qū)高溫轉變區(qū); 擴散型轉變擴散型轉變;P 轉變區(qū)。轉變區(qū)。 550230;中溫轉變中溫轉變 區(qū)區(qū);半擴散型轉變半擴散型轉變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉變區(qū)轉變區(qū); 230 - 50;低溫轉低溫轉 變區(qū)變區(qū);非擴散型轉變非擴散型轉變; 馬氏體馬氏體 ( M )

12、轉變區(qū)。轉變區(qū)。 時間(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度 () 0 400 A1 Ms Mf 三、三、 影響影響 C 曲線的因素曲線的因素 與奧氏體狀態(tài)有關與奧氏體狀態(tài)有關 1 化學成分化學成分 （1） 含碳量含碳量 理論：奧氏體中理論：奧氏體中 C%，C 曲線右移曲線右移 F 相難析出，珠光體轉變難進行相難析出，珠光體轉變難進行 實際；亞共析鋼：實際；亞共析鋼：C%，C 曲線右移曲線右移 過共析：過共析：C%，左移，左移 指溶入奧氏體中的指溶入奧氏體中的C 0.9%C 0.9C+0.5Mn 0.9C+1.2Mn 0.9+

13、2.8Mn T T 0.5C 0.5C+2%Cr 0.5C+4%Cr 0.5C+8%Cr 除除Co、Al（WAl2.5%）外，其它合）外，其它合 金元素隨金元素隨Me%，C曲線右移曲線右移 須溶入須溶入 A 中中 （2） 合金元素合金元素 T Ms Co,Al Ni,Si,Cu,Mn Si Ni,Cu,Mn Co, 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 只改變只改變C曲線位置：曲線位置： 如如Co, Al, Ni, Cu, Si 強碳化物形成元素的影響強碳化物形成元素的影響 T 中強碳化物形成中強碳化物形成 元素元素 Cr 的影響的影響 強碳化物形成元素強碳化

14、物形成元素 W,Mo,V,Ti,Nb 等的影響等的影響 W,Mo,V,Ti,Nb 等改變等改變C 曲線位置和形態(tài)曲線位置和形態(tài) 碳化物形成元素改變碳化物形成元素改變 C 曲線位置和形狀曲線位置和形狀 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等等 對對Ms點的影響點的影響 Co、Al 使使 Ms 其它合金元素使其它合金元素使 Ms 愈細，成分及組織愈不均勻，未溶第愈細，成分及組織愈不均勻，未溶第 二相愈多，二相愈多， A 穩(wěn)定性越差穩(wěn)定性越差左移左移 T、t，晶粒粗大，成分、組織均勻，晶粒粗大，成分、組織均勻， A 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 右移右移 3 其它：其它： 應力和塑性變形應力和塑性變形 2 奧氏體

15、組織奧氏體組織 P 均勻均勻A 細細A P 退火退火 (爐冷爐冷) 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 A1 MS Mf 時間時間 650 600 550 VkVk 共析鋼的共析鋼的CCT曲線曲線 VkVk 時間時間/s 溫度溫度/ 共析鋼的共析鋼的CCT圖圖 共析溫度共析溫度 連續(xù)冷卻轉連續(xù)冷卻轉 變曲線變曲線 完全退火完全退火 正火正火 等溫轉等溫轉 變曲線變曲線 油淬油淬 水淬水淬 M+AM+T+A S P 200 100 三、共析碳鋼三、共析碳鋼 TTT 曲線與曲線與CCT曲線的比較曲線的比較 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū) 時間

16、(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度 () 0 400 A1 Ms Mf CCT曲線曲線 TTT曲線曲線 1、CCT曲線相對于曲線相對于TTT圖圖 向右下方移動向右下方移動 2、CCT曲線只有相當于曲線只有相當于 TTT圖上半部分圖上半部分 3、共析、過共析鋼的、共析、過共析鋼的CCT 圖上不出現(xiàn)圖上不出現(xiàn)B相變。相變。 4、轉變在一個溫度范圍內(nèi)、轉變在一個溫度范圍內(nèi) 完成，往往獲得混合組織完成，往往獲得混合組織 過共析鋼過共析鋼CCT曲線曲線亞共析鋼亞共析鋼CCT曲線曲線 P + Fe3C S + Fe3C T B M +

17、 A殘殘 Fe3C A ACM 時間時間(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度溫度 () 0 400 A1 Ms Mf 第四種：兩組C曲線完全分離，P明顯右移，只有B轉變 曲線。如：45Cr3、40Cr2Ni4、35CrNi3Mo、5CrNiMo、 5CrNiMoV、3Cr2W8 第五種：兩組C曲線完全分離，B明顯右移，只有P轉變 曲線。如：Cr12， Cr5MoV，Cr12MoV，W18Cr4V 第六種：兩組C曲線強烈右移，0Ms，室溫以上只 有碳化物析出線而不出現(xiàn)C曲線。如：4Cr14Ni14W2Mo 穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的

18、奧氏體區(qū) 時間(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 溫度 () 0 400 A1 Ms Mf 在連續(xù)冷卻過程中在連續(xù)冷卻過程中 TTT 曲線的應用曲線的應用 V1 V2 VkV3V4 V1 = 5.5/s : 爐冷爐冷 ; P V2 = 20/s : 空冷空冷 ; S V3 = 33/s : 油冷油冷;T+M+A殘殘 V4 138/s : 水冷水冷 ; M+A殘殘 550 650 2s10s 5s 2s 5s 10s 30s 40s 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 l在電鏡下為細片狀碳在電鏡下為細片狀碳 化物分布于鐵素體針化物分布于鐵

19、素體針 內(nèi)，并與鐵素體針長內(nèi)，并與鐵素體針長 軸方向呈軸方向呈55-60角。角。 3 低溫轉變產(chǎn)物低溫轉變產(chǎn)物 Fe、C均不擴散均不擴散非擴散型非擴散型 獲得獲得 C 在在-Fe 中的過飽和固溶體中的過飽和固溶體 馬氏體馬氏體 馬氏體類型馬氏體類型( M) 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 45鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織 奧氏體奧氏體+馬氏體馬氏體 三、三、 影響影響 C 曲線的因素曲線的因素 與奧氏體狀態(tài)有關與奧氏體狀態(tài)有關 1 化學成分化學成分 （1） 含碳量含碳量 理論：奧氏體中理論：奧氏體中 C%，C 曲線右移曲線右移 F 相難析出，珠光體轉變難進行相難析出，珠光體轉變難進行 實際；亞共析