共析钢过冷奥氏体等温转变曲线“C”曲线的影响因素

共析钢过冷奥氏体等温转变曲线“C”曲线的影响因素C曲线的位置和形状与奥氏体的稳定性及分解特性有关，其影响因素主要有奥氏体的成分和奥氏体形成条件。

(1)碳的质量分数 一般说来，随着奥氏体中碳质量分数的增加，奥氏体的稳定性增大，以上某一温度时，随钢中碳质量分数的增多，C曲线的位置向右移。

对于过共析钢，加热到Ac1奥氏体碳质量分数并不增高，而未溶渗碳体量增多，因为它们能作为结晶核心，促进奥氏体以上，渗碳体完全溶解时，碳质量分数分解，所以C曲线左移。

过共析钢只有在加热到Accm的增加才使C曲线右移，而在正常热处理条件下不会达到这样高的温度。

因此，在一般热处理条件下，随碳质量分数的增加，亚共析钢的C曲线右移，过共析钢的C曲线左移。

(2)合金元素 除钴外，所有合金元素的溶入均增大奥氏体的稳定性，使C曲线右移(见图3-44)，不形成碳化物的元素如硅、镍、铜等，只使C曲线的位置右移，不改变其形状；能形成碳化物的元素如铬、钼、钨、钒、钛等，因对珠光体转变和贝氏体转变推迟作用的影响程度不同，不仅使C曲线右移，而且使其形状变化，产生两个“鼻子”，整个C曲线分裂成珠光体转变和贝氏体转变两部分，其间出现一个过冷奥氏体的稳定区。

奥氏体在A1点以下处于不稳定状态，必然要发生相变。

但过冷到A1以下的奥氏体并不是立即发生转变，而是要经过一个孕育期后才开始转变。

这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过冷奥氏体”。

过冷奥氏体在不同冷却速度下的连续冷却转变和在不同温度下的等温转变均属非平衡相变，此时，用平衡条件下得到的Fe-Fe3C相图来研究其转变过程是不合适的，研究这种变化的最重要的工具是过冷奥氏体连续冷却转变图或等温转变图。

由于研究过冷奥氏体的等温转变过程相对容易些，我们首先介绍过冷奥氏体的等温转变。

3.4.2.1过冷奥氏体等温转变图奥氏体等温转变图是指过冷奥氏体在不同过冷温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量(转变开始与结束)的关系曲线图，也称TTT(Time-Temperature-Transformation缩写)曲线，又因为其形状象英文字母“C”，所以又称C曲线。

1)奥氏体等温转变图的建立奥氏体等温转变图的建立是利用过冷奥氏体转变产物的组织形态和性能的变化来测定的。

测定的方法有金相测定法、硬度测定法、膨胀测定法、磁性测定法，以及X射线结构分析测定等方法。

现以共析钢为例，如图3-41所示，用金相硬度法简要说明其建立过程：(1)将共析钢制成一系列φ10×1.5mm的薄片试样并加热至A cl以上温度，得均匀奥氏体。

(2)将试样分成许多组，每组包括若干个试样。

将每组试样分别迅速放入A1温度以下一系列不同温度(如650℃、600℃、550℃……等)的恒温浴槽中，使过冷奥氏体进行等温转变。

记录从试样投入浴槽时刻起的等温时间，然后每隔一定时间，在每组中都取出一个试样，迅速放人冷水中冷却，使试样在不同时刻的等温转变状态固定下来。

(3)测定试样硬度并观察其显微组织。

当发现某一试样刚有转变产物时(有1～3％的转变产物)，它的等温时间即为奥氏体开始转变的时间，而当发现某一试样没有奥氏体时(约有98％的转变产物)，它的等温时间即为奥氏体转变终了时间。

显然从过冷奥氏开始转变到转变终了的这段时间即为过冷奥氏体和转变产物的共存时间。

(4)将所有的转变开始点和终了点标注在时间—温度坐标系中，将所有的转变开始点和终了点分别用光滑曲线连接起来，获得等温转变开始曲线和终了曲线，并在不同的时间和温度区域内填入相应的组织，即得共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线图，如图3-42所示。

2)奥氏体等温转变图的分析以图3-42所示共析钢的过冷奥氏体等温转变图为例对C曲线分析如下：(1)由过冷奥氏体开始转变点连接起来的线称为转变开始线；由过冷奥氏体转变终了点连接起来的线称为转变终了线。

上面的水平线为A1线，即为Fe-Fe3C相图上的A1线，表示奥氏体与珠光体的平衡温度，在A1线以上是奥氏体稳定存在的区域；A1线以下，转变开始线以左是过冷奥氏体区，A1线以下、转变终了线以右是转变产物区；转变开始线和终了线之间是过冷奥氏体和转变产物共存区。

(2)过冷奥氏体在各个温度下等温转变时，都要经过一段孕育期。

孕育期是指金属及合金在一定过冷度条件下等温转变时，等温停留开始至相转变开始的时间，以转变开始线与纵坐标之间的水平距离表示。

孕育期越长，过冷奥氏体越稳定，反之则越不稳定。

所以过冷奥氏体在不同温度下的稳定性是不同的。

开始时，随过冷度(ΔT)的增大，孕育期与转变终了时间逐渐缩短，但当过冷度达到某一值(等温温度约为550℃)后，孕育期与转变结束时间却都随过冷度的增大而逐渐加长，所以曲线呈“C”状。

在C曲线上孕育期最短的地方，表示过冷奥氏体最不稳定，它的转变速度最快，该处成为C曲线的“鼻尖”。

而在靠近A1和Ms处的孕育期较长，过冷奥氏体较稳定，转变速度也较慢。

(3)在C曲线下部的Ms水平线，表示钢经奥氏体化后以大于或等于马氏体临界冷却速度淬火冷却时奥氏体开始向马氏体转变的温度(对共析钢约为230℃)，称为钢的上马氏体点或马氏体转变开始点；其下面还有一条表示过冷奥氏体停止向马氏体转变的温度的Mf水平线，称为钢的下马氏体点或马氏体转变终了点，一般在室温以下，Ms与Mf线之间为马氏体与过冷奥氏体共存区。

所以在三个不同的温度区，共析钢的过冷奥氏体可发生三种不同的转变：①A1至C曲线鼻尖区间的高温转变，其转变产物为珠光体，所以又称珠光体转变；②C曲线鼻尖至Ms区间的中温转变，其转变产物为贝氏体，所以又称贝氏体转变；③在Ms线以下区间的低温转变，其转变产物为马氏体，所以又称马氏体转变。

3) 亚共析钢和过共析钢奥氏体等温转变图它们与共析钢的C曲线相似，但由于在奥氏体向珠光体转变前，有先共析铁素体或渗碳体(二次渗碳体)析出，所以与共析钢C曲线比较，在亚共析钢的C曲线的左上部多出一条先共析铁素体析出线(如图3-43a)；过共析钢多一条二次渗碳体的析出线(如3-43b)。

此外，随着等温温度的下降，先析出的铁素体或二次渗碳体越来越少，甚至最终组织全部为珠光体。

这种非共析成分所获得的共析体称为伪共析体。

4)“C”曲线的影响因素C曲线的位置和形状与奥氏体的稳定性及分解特性有关，其影响因素主要有奥氏体的成分和奥氏体形成条件。

(1)碳的质量分数 一般说来，随着奥氏体中碳质量分数的增加，奥氏体的稳定性增大，以上某一温度时，随钢中碳质量分数的增多，C曲线的位置向右移。

对于过共析钢，加热到Ac1奥氏体碳质量分数并不增高，而未溶渗碳体量增多，因为它们能作为结晶核心，促进奥氏体以上，渗碳体完全溶解时，碳质量分数分解，所以C曲线左移。

过共析钢只有在加热到Accm的增加才使C曲线右移，而在正常热处理条件下不会达到这样高的温度。

因此，在一般热处理条件下，随碳质量分数的增加，亚共析钢的C曲线右移，过共析钢的C曲线左移。

(2)合金元素 除钴外，所有合金元素的溶入均增大奥氏体的稳定性，使C曲线右移(见图3-44)，不形成碳化物的元素如硅、镍、铜等，只使C曲线的位置右移，不改变其形状；能形成碳化物的元素如铬、钼、钨、钒、钛等，因对珠光体转变和贝氏体转变推迟作用的影响程度不同，不仅使C曲线右移，而且使其形状变化，产生两个“鼻子”，整个C曲线分裂成珠光体转变和贝氏体转变两部分，其间出现一个过冷奥氏体的稳定区。

需要注意的是合金元素只有溶入奥氏体中才会增大过冷奥氏体的稳定性，而未溶的合金碳化物因有利于过冷奥氏体的分解而降低过冷奥氏体的稳定性。

(3)加热条件影响了奥氏体的状态(如晶格大小、成分与组织均匀性)，使奥氏体晶粒细小、晶界总面积增加，有利于新相的形成和原子扩散，因此有利于先共析转变和珠光体转变，使珠光体转变线左移。

但晶粒度对贝氏体和马氏体转变的影响不大。

奥氏体的均匀程度对C曲线的位置也有影响，奥氏体成分越均匀，则奥氏体越稳定，新相形核和长大所需的时间越长，C曲线右移。

因此，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、奥氏体的成分也越均匀，从而增加奥氏体的稳定性，使C曲线向右移。

反之，奥氏体化温度越低、保温时间越短，则奥氏体晶粒越细、其成分越不均匀、未溶第二相越多，奥氏体越不稳定，使C曲线左移。

3.4.2.2过冷奥氏体转变产物的组织与性能1)珠光体转变过冷奥氏体在A1～550℃范围内将分解为珠光体类型组织，即发生A→P(F+Fe3C)转变，它的形成伴随着两个过程同时进行：一是铁、碳原子的扩散，由此而形成高碳的渗碳体和低碳的铁素体，故这是一个扩散型相变；二是晶格的重构，由面心立方晶格的奥氏体转变为体心立方晶格的铁素体和复杂立方晶格的渗碳体，它的转变过程是一个在固态下形核和长大的结晶过程。

图3-45 球状珠光体(1)珠光体的形态与形成 按渗碳体形态的不同，珠光体分为片状珠光体和球状珠光体，附近的温度范围内作足够一般成分均匀的奥氏体的高温转变产物都为层状珠光体；只有在A1长时间的保温才可能使层状渗碳体球化，得到如图3-45所示的球状珠光体。

片状珠光体的形成过程如图3-46所示为：在奥氏体晶界上优先产生渗碳体小片状晶核；这种渗碳体小片状晶核向纵、横向长大时吸收了两侧的碳原子，使其两侧奥氏体的碳质量分数显著减小，从而生成铁素体片；新生成的铁素体片除了伴随渗碳体片沿纵向长大外也沿横向长大，铁素体横向长大时，必然要向侧面的奥氏体中排出多余的碳，所以显著升高侧面奥氏体的碳质量分数，这就促进了另一片渗碳体的形成而出现了新的渗碳体片。

这样连续下去就形成了许多铁素体与渗碳体层层相间的层片状组织，与此同时在晶界的其它部位有可能产生新的渗碳体小片晶核。

当奥氏体中已经形成层片相间的铁素体与渗碳体集团后，侧向长大即停止，只有继续纵向长大，在铁素体与渗碳体层片相间的珠光体不断纵向长大时另一晶核又成长为铁素体与渗碳体层片相间的珠光体。

同时长大着的珠光体与奥氏体晶界上，如有可能产生新的具有另一长大方向的渗碳体晶核，成为新的珠光体集团。

一直长大至各个珠光体集团相碰，奥氏体全部转变为珠光体时，珠光体转变即告结束。

通常，每一奥氏体晶粒内可形成3~5个珠光体团。

(2)珠光体的性能 层状珠光体的性能主要取决于层片间距，转变温度越低，即过冷度越大，片层间距越小，所以：～680℃形成的珠光体 ，因为过冷度小，片间距(450～150nm)较大，在400×以上在A1的光学显微镜下，就能分辨其片层状形态，习惯上称为珠光体(P)。

在680～600℃形成片间距(150～80nm)较小的珠光体，这种奥氏体在连续冷却或等温冷却转变时过冷到珠光体转变温度区间的中部形成的、在光学显微镜下放大五、六百倍才能分辨出其为铁素体薄层和碳化物(渗碳体)薄层交替重叠的复相组织称为细珠光体或索氏体，用字母S表示，它是以英国冶金学家H•C•Sorby的名字命名的。