過冷奧氏體轉(zhuǎn)變

過冷奧氏體轉(zhuǎn)變第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1四種冷卻類型冷卻條件平衡冷卻非平衡冷卻等溫冷卻恒速冷卻變速冷卻第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

鋼在冷卻時(shí)，主要的冷卻方式有兩種:

一種是等溫冷卻，另一種是連續(xù)冷卻，如圖所示。不同冷卻方式示意圖第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

用來描述轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和轉(zhuǎn)變量與溫度、時(shí)間之間的關(guān)系曲線，稱為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲圖。（C曲線、TTT圖）（一）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的建立

將奧氏體的試樣迅速冷至臨界溫度以下的一定溫度，進(jìn)行等溫，在等溫過程中所發(fā)生的相變稱為等溫轉(zhuǎn)變。測(cè)量轉(zhuǎn)變的方法很多，如金相法、硬度法、膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法等。通常用金相硬度法和膨脹法配合使用，利用過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)或物理性能的變化進(jìn)行測(cè)定。第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月線、區(qū)的意義線：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，以對(duì)數(shù)分度。圖上部一條虛線表示臨界點(diǎn)A1線，下部一條實(shí)線表示馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)MS，MS線下面為Mf線。兩橫線之間有三條C形曲線：左邊一條為轉(zhuǎn)變開始線，右為轉(zhuǎn)變終了線，中間一條為轉(zhuǎn)變量為50%的線?？v坐標(biāo)和轉(zhuǎn)變開始線之間的區(qū)域?yàn)樵杏齾^(qū)。這個(gè)區(qū)域橫坐標(biāo)的長(zhǎng)度稱為孕育期。孕育期最短的部位，即轉(zhuǎn)變開始線的突出部分，稱為鼻子。區(qū)：穩(wěn)定A區(qū)、過冷A區(qū)（過冷A等溫轉(zhuǎn)變的孕育期）、過冷A等溫轉(zhuǎn)變區(qū)、等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)、M形成區(qū)、M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三個(gè)溫度區(qū)（過冷度增加，過冷A發(fā)生的三種轉(zhuǎn)變）：

(1)、珠光體型轉(zhuǎn)變：高溫區(qū)（在臨界點(diǎn)A1以下）、過冷度小，珠光體型組織轉(zhuǎn)變區(qū)，A→P；擴(kuò)散型相變(2)、馬氏體型轉(zhuǎn)變：低溫區(qū)（在MS以下）、過冷度大，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→M；非擴(kuò)散型相變(3)、貝氏體型轉(zhuǎn)變：中溫區(qū)（在A1以下、MS以上），發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→B。半擴(kuò)散型相變

第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在轉(zhuǎn)變終了線右邊，對(duì)A→P而言，A全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻；在轉(zhuǎn)變終了線右邊，對(duì)A→B而言，A不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)锽，會(huì)保留有未轉(zhuǎn)變的AR；在轉(zhuǎn)變開始線和終了線之間為二相組織。由于形狀的緣故，上述C形曲線也稱為C曲線，或TTT曲線。第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點(diǎn)開始線以左部分為過冷奧氏體區(qū)，轉(zhuǎn)變終了線以右區(qū)域?yàn)镻或B區(qū)，兩條線之間為轉(zhuǎn)變過渡區(qū)（A+P或A+B），水平線MS為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，MS以下為馬氏體區(qū)。1、過冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個(gè)孕育期。

孕育期的長(zhǎng)短隨等溫溫度而變，鼻子點(diǎn)處的孕育最短，即，在此溫度奧氏體最不穩(wěn)定、最易分解。鼻子點(diǎn)的出現(xiàn)是因?yàn)檗D(zhuǎn)變的形核及長(zhǎng)大均受C原子及Fe原子擴(kuò)散的控制。第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、在不同溫度下等溫具有不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（1）珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（2）貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（3）馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（4）珠光體與貝氏體、貝氏體與馬氏體可能重疊第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月珠光體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在A1到550℃間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同，又可細(xì)分為：珠光體:形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示。如圖所示。第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月索氏體

:形成溫度為650-600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號(hào)S表示。如圖所示。

第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月托氏體

:形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號(hào)T表示。如圖所示。

第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月貝氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在550℃-Ms（對(duì)于共析鋼，Ms為230℃）間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號(hào)B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，又分為上貝氏體（B上）和下貝氏體（B下）上貝氏體:形成溫度為550-350℃，在光鏡下呈羽毛狀，在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間，如圖所示。第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月下貝氏體:形成溫度為350℃-Ms（230℃），在光鏡下呈竹葉狀，在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針上，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60°角，如圖所示。第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下時(shí)將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體，用符號(hào)M表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c），軸比c/a稱馬氏體的正方度，如圖所示。馬氏體含碳量越高，其正方度越大，正方畸變也越嚴(yán)重。當(dāng)含碳量小于0.25%時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格。

第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體的形態(tài)鋼中馬氏體的組織形態(tài)可分為板條狀和針狀兩大類。①板條馬氏體：呈板條狀；具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性，即良好的綜合力學(xué)性能。Ms溫度較高、含碳量較低的鋼淬火時(shí)易得到板條馬氏體。板條馬氏體是低、中碳鋼和低、中碳合金鋼淬火組織中的一種典型組織形態(tài)。②針狀馬氏體：呈針片狀或竹葉狀；具有高的強(qiáng)度和硬度，但塑性韌性差，即硬而脆。Mf較低、含碳量較高的鋼淬火時(shí)易得到。針狀馬氏體主要出現(xiàn)在中高碳鋼、中高碳合金鋼和高鎳的鐵鎳合金的淬火組織中。必須經(jīng)過回火處理后才能使用。第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量。當(dāng)含碳量小于0.2%時(shí)，轉(zhuǎn)變后的組織幾乎全部是板條馬氏體，而當(dāng)含碳量大于1.0%時(shí)，則幾乎全部是針狀馬氏體。含碳量在0.2~1.0%之間為板條狀與針狀的混合組織。

第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，含碳量增加，其硬度也隨之提高，當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩，如圖所示。合金元素對(duì)馬氏體的硬度影響不大。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，而板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的常見類型1、碳鋼的基本類型

只有一個(gè)鼻子點(diǎn)，即珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變重疊，亞（過）共析鋼比共析鋼多出一個(gè)F析出線和Cem析出線。第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、合金鋼C曲線的常見類型

歸納起來大體上可以分為六種類型。（1）具有單一的C字形曲線，即P與B轉(zhuǎn)變重疊（與碳素鋼相似）。除碳鋼以外，含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素（非碳化物形成元素）的鋼均屬此類。（2）具有雙C字形曲線，兩個(gè)鼻子在時(shí)間軸上相近，在溫度軸上不同，P與B部分重疊，如37CrSi具有這樣的C曲線。第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）、具有雙C字形曲線，兩個(gè)鼻子在時(shí)間和溫度軸上都不相同，P與B部分重疊。1）P轉(zhuǎn)變曲線右移比較顯著，20Cr、40Cr、35CrMn2、40CrMn等。2）B轉(zhuǎn)變曲線右移較為顯著，GCr15、9Cr2、CrMn、CrWMn等。第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）P與B轉(zhuǎn)變曲線完全分開1）B轉(zhuǎn)變曲線右移，Cr12、Cr12、VW18Cr4V等。2）P轉(zhuǎn)變曲線右移，5CrNiMo、3Cr2W8、35CrNi3Mo等。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）只有P轉(zhuǎn)變區(qū)而無B轉(zhuǎn)變區(qū)（4Cr13)或只有B轉(zhuǎn)變區(qū)而無P轉(zhuǎn)變區(qū)(18CrNiV)。（6）只有一條碳化物析出線，無P和B轉(zhuǎn)變區(qū)（奧氏體鋼都具有這類曲線）。第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月TTT圖的基本形式第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的因素1、化學(xué)成分（1）碳含量的影響亞共析鋼，隨碳含量的增加C曲線右移。過共析鋼，隨碳含量的增加C曲線左移。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）合金元素的影響

一般規(guī)律：除Co以外，常用的合金元素均增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲轉(zhuǎn)變和降低轉(zhuǎn)變速度，使等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，延長(zhǎng)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始和終了時(shí)間，對(duì)P和B轉(zhuǎn)變有分離作用。Al的作用，對(duì)B轉(zhuǎn)變與Co相同。第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：合金元素只有溶入奧氏體中才有上述作用。根據(jù)合金元素對(duì)過冷奧氏體影響的性質(zhì)不同，可以把合金元素分兩類：第一類：非（弱）碳化物形成元素Mn、Ni、Cu、Si對(duì)過冷奧氏體的影響在性質(zhì)上與C的作用相似，即減慢P和B的形成，降低Ms點(diǎn)。第二類：碳化物形成元素，其中大多數(shù)減慢F、P形成的作用大于減慢B形成的作用，同時(shí)也降低Ms點(diǎn)。第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月A、Cr的影響增加轉(zhuǎn)變的孕育期，使P轉(zhuǎn)變部分和B轉(zhuǎn)變部分分離，即P部分移向高溫區(qū)，而B部分移向低溫區(qū)，另外，對(duì)B轉(zhuǎn)變的推遲作用大于對(duì)P轉(zhuǎn)變的推遲作用。B、Ni和Mn的影響

Ni對(duì)C曲線的形狀無影響，使整個(gè)曲線略向右下方移動(dòng)，降低Ms點(diǎn)。

Mn對(duì)高碳鋼的C曲線的影響基本上與Ni相似，但推遲轉(zhuǎn)變的作用大于Ni。Mn對(duì)轉(zhuǎn)變終了線的推遲作用更顯著，即降低了奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變速度。第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月C、Mo和W的影響

Mo對(duì)P轉(zhuǎn)變有顯著的推遲作用，對(duì)B轉(zhuǎn)變的影響較小，隨Mo%的增加，P部分與B部分會(huì)分離，Mo降低Ms點(diǎn)。

W的作用與Mo基本上是相似的，只是推遲B轉(zhuǎn)變的作用比Mo要小，若要達(dá)到與Mo相同的程度，W的含量應(yīng)高于Mo的一倍。D、B（硼）的影響

B對(duì)C曲線有特殊的影響，含微量的B(0.002~0.005%)就足以使F的析出和P轉(zhuǎn)變顯著推遲。

B原子吸附在A晶界上，降低了晶界的界面能，從而降低了先共析F和P的成核率。如果B原子向A晶內(nèi)擴(kuò)散，使晶界上吸附的數(shù)量減少，將使B的作用明顯下降。E、Co的影響

對(duì)C曲線的形狀無影響，隨Co%增加C曲線左移，Ms升高。第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、奧氏體晶粒尺寸的影響

A晶粒愈細(xì)小，等溫轉(zhuǎn)變的孕育期愈短，加速過冷A向P的轉(zhuǎn)變，對(duì)B轉(zhuǎn)變有相同的作用，但不如對(duì)P的作用大，相反A晶粒粗大將C曲線右移。3、原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響在相同的加熱條件下，原始組織越細(xì)，越容易得到均勻的A，奧氏體成分越均勻，新相形核和長(zhǎng)大過程所需的擴(kuò)散時(shí)間就越長(zhǎng)，使等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，Ms降低。當(dāng)原始組織相同時(shí)，提高A化溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將促進(jìn)碳化物溶解，也會(huì)使C曲線右移。4，塑性變形的影響無論高溫和低溫塑性變形，均加速過冷A的轉(zhuǎn)變。

原因：未經(jīng)變形的A向P轉(zhuǎn)變時(shí)僅在晶界形核，而變形后，過冷A在等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，可出現(xiàn)晶內(nèi)形核。第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月TTT圖反映的是過冷A等溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律，可以用來指導(dǎo)熱處理工藝的制定。但是在實(shí)際熱處理中，很多熱處理工藝都是在連續(xù)冷卻條件下進(jìn)行的，如淬火、正火、退火等。雖然可以利用TTT圖來分析連續(xù)冷卻時(shí)過冷A的轉(zhuǎn)變過程，但這種分析只能是粗略的估計(jì)，有時(shí)甚至可以得出錯(cuò)誤的結(jié)果。實(shí)際上在連續(xù)冷卻時(shí)，過冷A是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變的，所以人們很早就開始對(duì)過冷A在連續(xù)冷卻條件下的轉(zhuǎn)變形為，并試圖用圖形的方式來描述這一過程。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖通常稱為CCT圖（ContinuousCoolingTransformation)

5.3過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖

第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月CCT圖的建立測(cè)定CCT圖一般說來是比較復(fù)雜的，最常用的方法是綜合熱分析、金相、硬度和膨脹法等多種方法一同測(cè)定某種鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖。

第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的基本形式

過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的基本形式見圖，該圖的縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月65第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖內(nèi)有各種產(chǎn)物存在的區(qū)域和各種速度的冷卻曲線。冷卻曲線終端的小圓圈內(nèi)數(shù)字為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度值，可為洛氏硬度或維氏硬度。冷卻曲線與轉(zhuǎn)變終了線交點(diǎn)處的數(shù)字為該產(chǎn)物所占的百分?jǐn)?shù)。

馬氏體轉(zhuǎn)變開始線與等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖不同，MS不再為水平線，而是向右下側(cè)傾斜，這是由于P與B的轉(zhuǎn)化，使A得到富化而使MS降低的緣故。根據(jù)各冷卻曲線通過的區(qū)域及其與轉(zhuǎn)變終了線交點(diǎn)處的數(shù)字，就可斷定在該冷速下冷卻可得到的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其所占的百分?jǐn)?shù)。連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖與奧氏體化條件(溫度、時(shí)間)有關(guān)，與奧氏體晶粒度有關(guān)，原因同等溫轉(zhuǎn)變相似。不同的冷卻速度可得到不同產(chǎn)物，此圖也叫CCT圖(即ContinuousCoolingTransformation)。第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的特點(diǎn)及其與等溫轉(zhuǎn)變圖的關(guān)系

1、共析碳鋼和過共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖，只有高溫區(qū)的P轉(zhuǎn)變和低溫區(qū)的M轉(zhuǎn)變，而無中溫區(qū)的B轉(zhuǎn)變，亞共析碳鋼可以有B轉(zhuǎn)變。亞共析鋼和過共析鋼有先共析相F和Cem析出線，由于先共析相的析出，可以改變A的C含量，從而使隨后在低溫區(qū)發(fā)生M轉(zhuǎn)變的Ms發(fā)生相應(yīng)的變化。

2、合金鋼的CCT圖，可以有P轉(zhuǎn)變無B轉(zhuǎn)變或只有B轉(zhuǎn)變無P轉(zhuǎn)變等多種不同的情況，具體的情況由加入的合金元素種類和數(shù)量而定。

3、在等溫條件下合金元素推遲過冷A的等溫轉(zhuǎn)變，在連續(xù)冷卻條件下，合金元素也降低過冷A的轉(zhuǎn)變速度，使CCT曲線右移。第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、A晶粒度對(duì)CCT圖的影響規(guī)律是，A晶粒粗大CCT圖移向右下方。

5、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線位于等溫轉(zhuǎn)變曲線的右下方。這說明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度低，孕育期長(zhǎng)。

6、不論P(yáng)轉(zhuǎn)變，還是B轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，都只有相當(dāng)于C曲線的上半部分。

7、連續(xù)冷卻時(shí)，在一定的冷卻條件下，A在高溫區(qū)的轉(zhuǎn)變不能完成，余下的A則在中溫區(qū)及低溫的M轉(zhuǎn)變區(qū)繼續(xù)轉(zhuǎn)變，最終得到混合組織。由于在高溫和中溫區(qū)的轉(zhuǎn)變，會(huì)改變余下A的C含量，從而使Ms發(fā)生相應(yīng)的變化。第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月共析碳鋼的等溫和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)定方法有：

●金相硬度法；

●膨脹法；

●端淬法及磁性法等。第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的應(yīng)用

(1)已知直徑和冷卻介質(zhì)，可算出表面和心部冷速.根據(jù)這些冷速，再利用CCT圖中的冷速與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的關(guān)系，可得出冷卻后的組織。(2)利用CCT圖可直接測(cè)出臨界冷速。(3)根據(jù)設(shè)計(jì)要求(組織、硬度等)，由CCT圖選出冷卻速度的上下限。再由不同直徑棒料在水、油、空氣中的冷卻曲線圖，依照所需的試樣直徑，選出奧氏體化溫