過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)課件

關(guān)于過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)第1頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三概述什么是過冷奧氏體?

鋼加熱至臨界點(diǎn)以上，保溫一定時(shí)間，將形成高溫穩(wěn)定組織——奧氏體。奧氏體過冷至臨界點(diǎn)以下，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會(huì)發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，這種在臨界點(diǎn)以下存在的且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體就是過冷奧氏體。第2頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三冷卻條件平衡冷卻非平衡冷卻1.連續(xù)冷卻2.等溫冷卻溫度時(shí)間加熱保溫12第3頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三5.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖

（TTT圖）第4頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（簡(jiǎn)稱等溫轉(zhuǎn)變圖）綜合反映了過冷奧氏體在不同過冷度下等溫轉(zhuǎn)變的過程：轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和轉(zhuǎn)變量與溫度和時(shí)間的關(guān)系。因其形狀呈“C”形，所以又稱C曲線，亦稱“TTT”圖或“IT”圖。

TTT——Time,Temperature,TransformationIT——IsothermalTransformation第5頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的建立測(cè)定方法金相法、膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法等。測(cè)定依據(jù)利用過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)或物理性質(zhì)發(fā)生變化測(cè)定的。第6頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.金相法試樣準(zhǔn)備將共析鋼加工成10×1.5mm圓片狀試樣，并分成若干組，每組5~10片。第7頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三試驗(yàn)方法：奧氏體化：將一組試樣加熱至奧氏體化。等溫處理：將奧氏體化后的試樣置于一定溫度的恒溫槽中冷卻，停留不同的時(shí)間?？焖倮鋮s：逐個(gè)取出試樣，迅速淬入鹽水中激冷，使尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。因此，馬氏體量即未轉(zhuǎn)變的奧氏體的量。而且，等溫時(shí)間不同，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量不同。金相組織的測(cè)定：將處理后的試樣制成金相試樣，在顯微鏡下測(cè)定出組織類型及其體積份數(shù)，同時(shí)測(cè)定轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度。第8頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三0.5110105103104102106時(shí)間(s)溫度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfA010050轉(zhuǎn)變量%300℃550℃第9頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.膨脹法利用過冷奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)生的比容變化來測(cè)定轉(zhuǎn)變曲線，每測(cè)一個(gè)溫度的等溫轉(zhuǎn)變只需要一個(gè)試樣。該方法適合于測(cè)定不同轉(zhuǎn)變量所需要的時(shí)間。缺點(diǎn)：使用小試樣測(cè)定轉(zhuǎn)變百分?jǐn)?shù)的準(zhǔn)確性不高。第10頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.磁性法奧氏體是順磁性的，而其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物在居里點(diǎn)以下均為鐵磁性的。磁性法是利用轉(zhuǎn)變時(shí)所伴有的磁性變化以確定曲線的。注意：為提高測(cè)試精度，一般應(yīng)根據(jù)條件采用兩種或兩種以上的方法。第11頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的分析0.5110105103104102106時(shí)間(s)溫度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfAPB上B下A→PA→BA→M共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

第12頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

的因素過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線有多種多樣，影響其位置和形狀的因素較多，主要有以下幾方面：含碳量合金元素奧氏體的形態(tài)第13頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.含碳量的影響亞共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

亞共析鋼過冷奧氏體C曲線上方多了一條過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的轉(zhuǎn)變開始線。亞共析鋼隨著含碳量的減少，C曲線位置往左移，同時(shí)Ms、Mf線住上移。P+FB第14頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三P+Fe3C過共析鋼過冷A的C曲線的上部為過冷奧氏體中析出二次滲碳體(Fe3CII)開始線。當(dāng)加熱溫度為Ac1以上30～50℃時(shí)，過共析鋼隨著含碳量的增加,C曲線位置向左移,同時(shí)Ms、Mf線往下移。過共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

第15頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三隨著奧氏體含碳量增加，過冷奧氏體穩(wěn)定性提高，C曲線右移；當(dāng)含碳量增加到共析成分，過冷奧氏體穩(wěn)定性最高；隨著含碳量進(jìn)一步增加，奧氏體穩(wěn)定降低，C曲線反而左移。含碳量越高，Ms點(diǎn)越低。含碳量對(duì)C曲線的影響第16頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三為什么共析鋼過冷奧氏體最穩(wěn)定？非共析鋼由于有先析相析出，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的形核部位增加，過冷奧氏體穩(wěn)定性降低，珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期減小，C曲線左移。第17頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.合金元素的影響溶入奧氏體中的元素

除Co、Al外，所有合金元素都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移，并使Ms點(diǎn)降低。*Mo的影響最強(qiáng)烈，W、Mn、Ni的影響也很明顯。*Si、Al的影響較小。*貝氏體——鋼中加入微量貝氏體可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性。但隨著含碳量的增加，貝氏體的作用逐漸減小。第18頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三碳化物形成元素

Cr、Mo、V、W、Ti等既使C曲線右移，又使其形狀發(fā)生改變。

有些元素使珠光體轉(zhuǎn)變溫度提高，而貝氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，是珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍上下分離，形成兩個(gè)“鼻子”，其間出現(xiàn)了一個(gè)過冷奧氏體溫度區(qū)。第19頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三Cr對(duì)0.5%C的鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響1-2.2%Cr；2-4.2%Cr；3-8.2%Cr第20頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三非碳化物或弱碳化物形成元素

Ni、Mo、Si、Cu、B等，只是不同程度降低珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變速度，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線向右移動(dòng)，但不改變其形狀。第21頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三合金元素只有溶入奧氏體中才會(huì)對(duì)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生重要影響。如果鋼中同時(shí)含有幾種合金元素時(shí)，其綜合作用比單一元素的作用要更加復(fù)雜。

例如：碳化物形成元素未溶入奧氏體，不但不會(huì)增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，反而由于存在未溶的碳化物起到非均勻形核的作用，促進(jìn)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，使C曲線左移。第22頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三碳及常見合金元素對(duì)C曲線的影響（a）非碳化物形成元素（b）碳化物形成元素第23頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.奧氏體形態(tài)的影響奧氏體晶粒度：奧氏體晶粒越細(xì)小，晶界總面積↑，有利于新相的形核和原子的擴(kuò)散，因此有利于先共析轉(zhuǎn)變和珠光體轉(zhuǎn)變，使珠光體轉(zhuǎn)變線左移；晶粒度對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響不大；晶粒粗大，使Ms點(diǎn)↑，加快馬氏體轉(zhuǎn)變。第24頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三奧氏體的均勻程度：奧氏體成分越均勻，則奧氏體越穩(wěn)定，新相形核和長(zhǎng)大過程中所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，C曲線就越往右移。第25頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三

因此，奧氏體化溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，則形成的奧氏體晶粒越粗大，奧氏體的成分也越均勻，從而增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移；反之，奧氏體化溫度越低，保溫時(shí)間越短，則奧氏體晶粒越細(xì)，未溶第二相越多，奧氏體越不穩(wěn)定，使C曲線左移。第26頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三

此外，由于形變會(huì)細(xì)化奧氏體晶粒，或者增加亞結(jié)構(gòu)，因此，奧氏體在高溫或低溫進(jìn)行形變也會(huì)顯著影響珠光體轉(zhuǎn)變速度。一般來說，形變量越大，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變速度越快，珠光體轉(zhuǎn)變線越向左移。第27頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖

的應(yīng)用TTT圖反映了鋼在等溫冷卻條件下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變規(guī)律，被認(rèn)為是制定鋼材熱處理工藝規(guī)范的基本依據(jù)之一。制定等溫?zé)崽幚砉に囍贫ㄐ巫儫崽幚砉に嚨?8頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三5.2過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變冷卻圖

（CCT圖）第29頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第30頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第31頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第32頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三見下圖。第33頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第34頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第35頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第36頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第37頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三過共析鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線第38頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第39頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三亞共析鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線第40頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三它與共析鋼相比有較大的差別。曲線中出現(xiàn)了先共析鐵素體區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，且Ms點(diǎn)右端降低，這是由于先共析鐵素體的析出和貝氏體轉(zhuǎn)變使周圍奧氏體富碳所致。第41頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第42頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第43頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三以共析鋼為例，將連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫轉(zhuǎn)變曲線疊繪在同一個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行對(duì)比。第44頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第45頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三第46頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三abc珠光體(P)索氏體(S)屈氏體(T)珠光體型組織第47頁(yè)，講稿共52頁(yè)，2023年5月2日，星期三(a)光學(xué)顯微照片(b)電子顯微照片上貝氏體形態(tài)