过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
过冷奥氏体等温冷却转变曲线
过冷奥氏体等温冷却转变曲线概述●冷却是钢热处理时的最关键工序，冷却工艺不同可造成钢的热处理组织和性能有巨大差异，合理制订热处理工艺需要准确的理论依据。
●奥氏体的等温冷却转变曲线是冷却工艺的理论依据。
●实验研究建立奥氏体的等温冷却转变曲线的方法是本学科典型的研究方法之一。
内容1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析重点难点1.引言2.过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立•3.过冷奥氏体等温冷却转变曲线分析目标掌握建立过冷奥氏体等温冷却曲线图的实验方法；掌握过冷奥氏体转变中的相变驱动力及原子扩理解热处理工艺的全过程及关键；能利用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢在热处理过程中的各种组织变化。
初步形成实验研究解决具体问题的思维模式，具备一定的实验设计能力。
知识目标能力目标素质目标学情分析●授课对象为大学二年级第一学期或二年级第二学期的工科专业学生。
●学生对奥氏体在温度变化过程中的转变的认识往往还停留在铁碳相图这一阶段。
同时实验条件的不足使得用实验方法建立过冷奥氏体等温冷却转变曲线只能通过课堂讲授来理解，这对课程学习均产生不利影响。
设计●主要采用讲授法教学，合理引导学生兴趣，提高课堂教学效率，采用线图、表格、金相照片等多种总结手段对比、归纳进行教学。
●精心设计课堂引言，动学生积极性，交代清楚本课堂要讲授和讨论的问题。
●注意讲授法和其他多种教学方法的有机结合。
过冷奥氏体的等温冷却转变曲线热处理的三个步骤：-Step1.加热-Step2.保温-Step3.冷却图1-1 两种不同的热处理工艺-1.连续冷却转变-2.等温冷却转变-Step1.加热到高于A1的某个温度。
-Step2.在高于A1的某个温度长时间保温。
-Step3.以不同的冷却速度和方式冷却，其目的为获得不同的组织，使得钢具有不同的性能。
-Step1+Step2=奥氏体化-Step3 则是热处理的关键步骤1. 引言奥氏体转变为珠光体？Step1+Step2=奥氏体化获得微观组织: 均匀、稳定的奥氏体组织Step3.当温度降低到低于723℃时:1.稳定奥氏体→ 不稳定奥氏体2.然后，不稳定奥氏体→?(unknow)2.1. ?=珠光体可以！这从相图中也可以直接看出2.2. ?=暂时未知图1-2. 简化铁碳合金相图●等温热处理试验◆共析钢等温热处理实验步骤：Step1.加热；Step2.保温；Step3.淬火；Step4.盐浴保温；Step5.淬火；2134562. 过冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立◆步骤Step1.加热Step2.保温Step3.淬火Step4.盐浴Step5.淬火Step6.观察微观组织◆目的1+2.奥氏体化，获得均匀稳定的奥氏体组织；3.迅速降温至低于A1线的某个温度；4.在3步所给定的温度下盐浴保温；5.淬火以保留4步所获得的热处理微观组织；6.观察区分第5步所获得5506502s5s10s30s40s过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体+珠光体珠光体过冷奥氏体过冷奥氏体+托氏体过冷奥氏体+托氏体托氏体在不同温度下保温将获得不同的组织；如图，从上至下依次为：珠光体（P）；索氏体（S）；托氏体（T）；上贝氏体（B上）；下贝氏体（B下）；马氏体（M）；过冷奥氏体等温冷却转变曲线每一种组织在不同的温度下都有转变的开始和终了点，将开始点和终了点依次相连就得到了过冷奥氏体等温冷却转变曲线。
过冷奥氏体转变图
现象：
大型锻件在淬火时，如果在空气中停留时间比较长，或在具 有较长蒸汽膜覆盖期的油中冷却后，钢钢件的表面硬度会低 于心部硬度，即出现逆硬化。
解释：
在钢件表面，由于在空气中预冷（从临界点A1到P点），空 冷冷速（β）低于淬火冷速（α），当继续以淬火冷速（α） 冷却到 TR’ 温度时，孕育期消耗量已超过1，从而发生部分 珠光体相变，使淬火后的表面硬度下降。而在钢件内部，从 A1点到 TR’ 温度，一直以淬火冷速（α）冷却，孕育期消耗 量小于1，未发生珠光体相变，全部淬成马氏体组织，所以 硬度反而比表面高。
6. 在Ms点以上不出现C曲线，但可能有碳化 物析出的C形曲线。 奥氏体钢
§6.3 影响C曲线的因素
（1）碳含量 亚共析钢中，随碳含量的上升, C曲线右移； 过共析钢中，随碳含量的上升，C曲线左移。 因此，共析钢的C曲线离纵轴最远，共析钢的 过冷奥氏体最稳定。
（2）合金元素 除Co、Al以外，合金元素均使C曲线右移，即 增加过冷奥氏体的稳定性，具体影响见图 6-4 。 （3）加热条件 奥氏体化温度越高，保温时间越长，则形成的 奥氏体晶粒越粗大，成分也越均匀，同时也有 利于难溶碳化物的溶解。所有这些都降低奥氏 体分解时的形核率，增加奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
4. 只有贝氏体转变的C曲线 含碳量低（＜0.25%）而含Mn、Cr、Ni、 W、Mo量高的钢。 如：18Cr2Ni4WA、18Cr2Ni4MoA 扩散型的珠光体转变受到极大阻碍，只出 现贝氏体转变的C曲线。
5. 只有珠光体转变的C曲线 中碳高铬钢 3Cr13、3Cr13Si、4Cr13等
3. Vc的工程意义 （1）代表钢接受淬火的能力； （2）决定钢件淬透层深度的主要因素 （3）合理选用钢材和正确制定热处理工艺 的重要依据之一。 4. Vc的影响因素 CCT图左移的因素 增大Vc CCT图右移的因素 减小Vc
第六章第三节钢在冷却时的转变_工程材料
§6-3 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温冷却转变曲线1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立以共析钢为例：取尺寸相同的T8钢试样，A化后，迅速冷却到A1以下不同温度保温，进行等温转变，测出转变的开始点与转变结束点。
将开始点与结束点分别连接起来，就得到奥氏体等温转变曲线。
该曲线称为TTT图（Time Temperature TransformationDiagram）或C曲线。
2、孕育期：转变开始线与纵坐标轴之间的距离。
孕育期越短，过冷奥氏体越不稳定，转变越快。
孕育期最短处称为鼻温3、影响C曲线的因素A的成分越均匀，晶粒越粗，其稳定性越高，C曲线右移；A含碳量越高，稳定性越高，C曲线右移，共析钢C曲线最靠右；合金元素，除Co外所有合金元素均使C曲线右移，并使C曲线改变形状。
二、共析钢过冷奥氏体的转变产物及性能、珠光体型转变（P）转变温度：A1～鼻温（550℃）之间（高温转变）转变规律：是通过碳、铁的扩散完成转变。
铁原子重新排列由fcc bcc,碳从铁中扩散出，形成转变产物：珠光体型组织铁素体和渗碳体的机械混合物产物形态：渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小。
珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)珠光体3800×索氏体8000×屈氏体8000×2、贝氏体型转变（B）转变温度：鼻温（550℃）～Ms之间（中温转变）转变规律：半扩散型转变，铁原子不扩散，只能做微小的位置调整，由fcc→bcc。
碳原子有一定扩散能力，部分碳原子从铁中扩散出来，形成碳化物。
转变产物：贝氏体型组织，渗碳体分布在过饱和的铁素体基体上的两相混合物。
上贝氏体（B上）：550℃～350℃之间形成形态：呈羽毛状, 小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
光学显微照片1300×电子显微照片5000×上贝氏体性能：铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
1、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的建立 通常应用膨胀法、金相法和热分析法来测定过冷奥氏体连
续冷却转变曲线。为了提高测量精度，常配合使用金相法和热 分析法。
2、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的分析 共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线最简单（见图
KK′线为转变的中止线，当冷却曲 线碰到此线时，过冷奥氏体就中止向 珠光体型组织转变，继续冷却到Ms点 以下，剩余的奥氏体转变为马氏体。 Vk称为CCT曲线的临界冷却速度， 它是获得全部马氏体组织（实际还含 有一小部分残余奥氏体）的最小冷却 速度。
图7.19共析钢
●可以看出：不同的冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体将会转变 为不同的组织。通过连续转变冷却曲线可以了解冷却速度与过冷 奥氏体转变组织的关系。根据连续冷却曲线与CCT曲线交点的位置， 可以判断连续冷却转变的产物。 ●由图中可知，冷却速度大于Vk时，连续冷却转变得到马氏体组 织；当冷却速度小于Vk′时，连续冷却转变得到珠光体组织；而冷 却速度大于Vk′而小于Vk时，连续冷却转变将得到珠光体＋马氏体 组织。
金属学与热处理原理
第七章 钢在加热和冷却时的转变
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
主讲教师 从善海
材料与冶金学院 金属材料工程系
2007年9月
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
过冷奥氏体—在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。 过冷奥氏体将发生分解，向珠光体或其它组织转变。在热处理生产 中，奥氏体的冷却方式可分为两大类： 等温冷却—将奥氏体状态的钢迅速冷至临界点以下某一温度保 一定时间，使奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷至室温 （课本图7.15中曲线1所示）。 连续冷却——将奥氏体状态的钢以一定速度冷至室温，使奥氏体在 一个温度范围内发生连续转变（课本图7.15中曲线2所示）。
材料组织结构转变原理第五章过冷奥氏体转变动力学图.
端淬法测定CCT图
端淬法是以往应用比较多的方法之一。端淬试验时，试样各横
3．合金元素的影响
合金元素对TTT图形状的 影响很大。 一般说来，除钴 和铝以外的元素均使C形曲线 右移，即增加过冷奥氏体的 稳定性。其中碳的影响较为 特殊，碳含量在0.8—1.0％， C形曲线处于最右侧，高于或 低于这一含量时，曲线均向 左移动。其中共析碳素钢的 过冷奥氏体相对其它碳素钢 来说是最稳定的。铬含量增 加，珠光体转变移向高温， 而贝氏体转变则向低温移动， 且使贝氏体转变推迟。钨、 钼的作用与此类似。镍和锰 是扩大Fe—c相图中奥氏体区 的元素，使过冷奥氏体的转 变向低温移动。
钢的过冷奥氏体转变动力学图就是研究某一成分的钢的 过冷奥氏体转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。 显而易见，在人们的生产实践中更多遇到的是非平衡条件 的相变，因此，掌握过冷奥氏体的非平衡冷却条件下的转 变规律，不仅大大深化了对其本质的认识，而且对热处理 生产的指导意义也更为直接。
本章的主要内容是在加热转变、珠光体转变、贝氏体转 变以及马氏体转变的基础上，对过冷奥氏体的转变动力学 进行综合的讨论。主要介绍过冷奥氏体等温转变动力学图 及连续冷却转变动力学图，并探讨它们在实际应用中的价 值，以及这两种动力学图之间的内在联系.
4、其它影响因素
—般说来，形变会使奥氏体晶粒细化，或者增加亚结构。 因此，形变通常使C形曲线左移。
此外，奥氏体均匀化程度对TTT固的C形曲线位置也有 影响。奥氏体成分越均匀，新相形核及长大过程中，所 需扩散时间就越长,曲线因此会右移。
显而易见，钢材成分不同，钢中所含元素的种类及数 量就不同，TTT图的形状及位置就不向。另外，热处理 工艺条件不同，合金元素的分布状态不同，奥氏体晶粒 尺寸及均匀化程度就不同，TTT图也有差异。在应用 TTT图应注意这个问题。
过冷奥氏体转变图
A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区
Ms~ Mf
M转变区
高温 中温 低温
M转变区： A分解为过饱和碳的α-Fe固溶体，即马氏体。
残余奥氏体
珠光体组织
下贝氏体组织
马氏体组织
6.1.2 IT图的影响因素
1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.奥氏体状态的影响 4.外加应力与塑性变形的影响
6.1.3 IT图的基本类型
1. P转变与B转变曲线部分相重叠：
一个“鼻子” ＞鼻温 P转变 ＜鼻温 B转变 该类型多见于碳钢或含 非(弱)碳化物形成元素的低 合金钢，如钴钢、镍钢或 锰含量较低的锰钢等。
6.1.3 IT图的基本类型
2. P转变与B转变曲线相分离，P 转变的孕育期比 B
转变的长。
要求： 试样： φ10~15mm，厚1.0~1.5mm，具有相同的原始组
织（可通过退火或正火获得）。 奥氏体化：所有试样均在相同条件下进行奥氏体化，
要求奥氏体的化学成分均匀一致。
Hale Waihona Puke 6.1.1 IT图的建立1. 金相硬度法
步骤：
① 将一组试样（5～10个）加热奥氏体化。
② 迅速转入Ac1以下某一温度（如650℃）等温浴炉中， 分别停留不同时间（如t1、t2、t3…），随即迅速淬入 盐水中;
当钢中这类元素含量较高时，将使上述两种转变的C 曲线彼此分离，使IT图出现双C曲线的特征。这样，在 珠光体转变与贝氏体转变温度范围之间就出现了一个过 冷奥氏体的高度稳定区。
图6-6 Cr对C曲线的影响
2. 合金元素的影响
⑶ 主要合金元素的影响
1）Co的影响：溶入A中，使C曲线左移。 2）Ni和Mn的影响：C曲线右移，Mn的作用大于Ni； 3）Cr的作用：
CCT曲线
CCT曲线定义概述过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、水冷淬火等。
在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发生的几种转变，即：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变等，而且各个转变的温度区也与等温转变时的大致相同。
在连续冷却过程中，不会出现新的在等温冷却转变时所没有的转变。
但是，奥氏体的连续冷却转变不同于等温转变。
因为，连续冷却过程要先后通过各个转变温度区，因此可能先后发生几种转变。
而且，冷却速度不同，可能发生的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和性能也不同。
所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律性也不像等温转变那样明显，形成的组织也不容易区分。
过冷奥氏体等温转变的规律可以用C曲线来表示出来。
同样地，连续冷却转变的规律也可以用另一种C曲线表示出来，这就是“连续冷却C曲线”，也叫作“热动力学曲线”。
根据英文名称字头，又称为“CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线”。
作用它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。
20 世纪50 年代以后，由于实验技术的发展，才开始精确地测量许多钢的连续冷却C曲线，直接用来解决连续冷却时的转变问题。
实例共析钢过冷奥氏体连续冷却C曲线以共析钢为例，用若干组共析钢的小圆片试样，经同样奥氏体化以后，每组试样各以一个恒定速度连续冷却，每隔一段时间取出一个试样淬入水中，将高温分解的状态固定到室温，然后进行金相测定，求出每种转变的开始温度、开始时间和转变量。
将各个冷速下的数据综合绘在“温度—时间对数”的坐标中，便得到共析钢的连续冷却C曲线，珠光体转变区由三条曲线构成，左边一条是转变开始线，右边一条是转变终了线，下面一条是转变中止线。
马氏体转变区则由两条曲线构成；一条是温度上限Ms线，另一条是冷速下线k V′。
过冷奥氏体转变
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 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 （A→P、A→B），转变产物 区（P、B）， M形成区 （A→M）、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。
（二）非共析钢的过冷A等温转变图与共析钢的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。
下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较 好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌 下贝氏体
过冷奥氏体的低温（ 马氏 体）转变
当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 1）马氏体的晶体结构
马氏体组织
碳在-Fe中的过饱和固溶
体称马氏体，用M表示。 马氏体转变时，奥氏体中 的碳全部保留到马氏体中.
光镜下形貌
电镜下形貌
⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃,片 层较薄(0.2~0.4μm)， 800-1000倍光镜下可辨，
光镜形貌
用符号S 表示。
⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄(<0.2μm)，电镜 下可辨，用符号T 表示。
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过冷奥氏体连续转变曲线 的基本类型
主讲教师：张恩耀 西安航空职业技术学院
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
除了共析钢的过冷奥氏体连续冷却曲线，还存在亚共析钢和 过共析钢过冷奥氏体连续冷却曲线两种类型。 亚共析钢的CCT曲线：
➢ 与共析钢的CCT曲线相比有较大差异： ✓ ①出现了先共析铁素体区和贝氏体转变区； ✓ ②Ms线右端降低（先共析铁素体析出和贝氏体转变 使周围奥氏体富碳所致）。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
过冷奥氏体连续转变曲线的基本类型
过共析钢的CCT曲线： ➢ 与共析钢的CCT曲线很相似，也无贝氏体转变区，不同 之处： ✓ ①有先共析渗碳体区， ✓ ②Ms线右端升高（先共析渗碳体析出使周围奥氏体 贫碳所致）。
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