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钢在冷却时的转变
珠光体 P ，3800×
过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
组织名称 表示符号 形成温度范围 /℃ 硬度 片间距 /nm 能分辨片层的 放大倍数
珠光体 索氏体 屈氏体
P S T
A1~650 650~600 600~550
170~200H B 25~35HRC 35~40HRC
150~450 80~150 30~80
四、过冷奥氏体的连续冷却转变
Ps —— A→P 开始线 Pf —— A→P 终止线 K —— P型转变终止线
Vk —— 上临界冷却速度
MS —— A→ M 开始温度 Mf —— A→ M 终止温度
of
3.3 & Chapter 3
800 700 600 500 400 300
T/℃
A1
A
始 转变开
αk
等温转变温度/℃
图3-16
共析纲的力学性能与等温转变温度的关系
3 、马氏体转变
马氏体 (M)：C在α－Fe中的过饱和固溶体。
转变特点： 1）无扩散型转变 Fe 和 C 原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固 溶强化显著。 2）降温形成 连续冷却完成。 3）瞬时性 M 的形成速度很快， 温度越低，则转变量越多。 4）转变的不完全性 M 转变总要残留少量 A，A中的C%越多，则 MS、Mf越低，残余 A含量越多。AR的量主要取决于MS和MF点的位置。
5） M形成时体积膨胀 造成很大内应力。
马氏体的组织类型
C% < 0.2% 时，为板条M（低碳M）。
板条M, 平行的细板条束组成
C% > 1.0 % 时，为针状M 。
Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃ 针状M（凸透镜状）
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。
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变是一个非常重要的过程，它决定了钢的力学性
能和使用寿命。
这个过程可以被分为三个阶段：
第一阶段：初次冷却
在初次冷却阶段，钢的组织会发生初步的变化。
当温度降到钢的临界
温度以下时，钢中的所有组织都会开始转变。
这个过程是不可逆的，
一旦开始就不能停止。
第二阶段：持续冷却
在持续冷却阶段，钢的组织会进一步变化。
随着温度的降低，钢中的
残留奥氏体会逐渐转变为贝氏体。
这个过程会在几个小时内完成，然
后钢的组织就会保持不变，直到它被重新加热。
第三阶段：再次加热
在再次加热阶段，钢的组织会重新发生变化。
当温度达到一定程度时，钢中的组织开始再次转变，从贝氏体转变为奥氏体。
这个过程同样是
不可逆的。
以上就是钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程。
需要注意的是，在这个过程中，钢的组织变化是不可逆的，因此加热和冷却的过程必
须严格控制。
如果温度过高或过低，会导致钢的力学性能和使用寿命
都受到影响。
第三章 钢冷却时的转变
奥氏体化是钢的热处理重要的第一步。
在此基础上，在后续的冷却过程中可以通过控制过冷奥氏体分解，从而获得不同的组织。
钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。
在热处理生产中，钢制奥氏体化后通常有两种冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。
过冷奥氏体——在临界点以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。
第三章钢在冷却时的转变（过冷奥氏体分解）冷却条件的不同，过冷奥氏体可通过不同机制进行转变而获得完全不同的组织。
三种转变：珠光体、贝氏体、马氏体转变（1）珠光体转变：以缓慢速度冷却时，发生分解的过冷度很小，过冷奥氏体在高温下有足够的时间进行扩散分解，转变为近于平衡的珠光体型的组织。
扩散型相变这种冷却速度相当于炉冷或空冷的冷却方式，热处理生产上成为退火或正火。
（2）贝氏体转变——当冷却速度很快时，可以把奥氏体过冷至较低温度，此时碳原子尚可进行扩散，但铁原子不能进行扩散，奥氏体只能转变为贝氏体。
半扩散型相变（3）马氏体转变——当采用更快的冷却速度时，奥氏体迅速过冷至不能进行扩散分解的低温M S点以下，此时只能得到马氏体。
非扩散型相变。
这种冷却方式相当于水冷方式，生产上叫淬火。
过冷奥氏体分解同样是一个点阵重构和碳的扩散过程，也是一个形核和长大的过程。
§3.1 过冷奥氏体等温转变图§3.2 过冷奥氏体连续冷却转变图及应用§3.1 过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图的建立将奥氏体迅速冷至临界温度以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变称为过冷奥氏体等温转变。
测定过冷奥氏体等温转变图的方法有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法等。
将若干共析碳钢小试样加热到奥氏体状态，保温一定时间后迅速冷却到A1点以下不同温度，例如700℃、650℃、600℃等，随后在各温度下保温，每经过一定时间取出一个试样立即淬入盐水中，使未转变的奥氏体转变为马氏体。
其中马氏体为白色，分解产物为黑色。
钢在加热和冷却时的组织转变
A-P转变 终了线
图2.4 共析碳钢连续冷却转变曲线
马氏体临界 冷却速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
2. 过冷奥氏体的连续冷却转变
过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比,除了多出一 条先共析渗碳体的析出线以外,其他基本相似
亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却大不相同,它除 了多出一条先共析铁素体析出线以外,还出现了贝氏体转变区
机械制造基础
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢在加热和冷却时的组织转变
1.1 钢在加热时的组织转变 1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的热处理
图2.1 钢加热和冷却时各临界点的实际位置
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
钢加热到Accm点以上时会发生珠光体向奥氏体转变 热处理的主要目标就是为了得到奥氏体 严格控制奥氏体的晶粒度是热处理生产中一个重要的问题
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
控制奥氏体晶粒大小的方法：
加热温度 保温时间 加热速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，其冷却转变温度决定了冷却后 的组织和性能
实际生产中采用的冷却方法有：
连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等）图b 等温冷却（如等温淬火）图a
图2.2 两种冷却方式示意图
钢的热处理 1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变
图2.3 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线C曲线
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变珠体转变 贝氏体转变 马氏体转变
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的冷却转变
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规 律，主要用于研究相变机理、 组织形态等。在一般热处理生产中，多 为连续冷却，所以难以直接应用，CCT图 （连续转变图，Continuous-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
3、影响过冷A等温转变图形状的因素
①临界点位置不同；② P、B转变的C曲线位置不同；③ Ms 不同。这些的主要影响因素有合金元素的影响、A晶粒尺寸 的影响。 (一)合金元素的影响
1. 碳的影响
●亚共析碳钢：C%↑，C曲线向右移；
●过共析C钢：C%↑，C曲线向左移；
●共析钢：使过冷A最稳定，即其C曲线处于最右的位置。
45钢CCT图（奥氏体化温度880℃）
Cr12钢CCT图（奥氏体化温度1050℃）
过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 P相变区、B相变区和M相变区。以T8钢为例，同温度的 转变产物如图所示：
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状 Fe3C的机械混合物，成为片状组织。但随着T↓，片状
越细，按片层的粗细分别珠光体型组织划分为三类：
珠光体（P）、索氏体（S）、 屈氏体（T）
3）选择淬火介质
当CCT鼻子处孕育期为2S时，φ 25零件水淬可淬硬； 当CCT鼻子处孕育期为5～10S时，φ 25零件油淬可淬硬；
当CCT鼻子处孕育期为＞100S时，φ 25零件空气中即可淬硬；
（三） IT 曲线与CT曲线的比较
1.用途
IT：仅能粗略地、定性地估计在连续冷却时的转变情况。
钢在冷却时的转变
图4-5 珠光体的显微组织
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奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程，如图4-6所示。当奥氏体过冷到A1 以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠其周围奥氏体 不断地供应碳原子而长大。同时，由于渗碳体周围奥氏体含碳量不断降低，从而为铁素体 形核创造了条件，使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶碳能力低（<0.0218%C）， 所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中，使相邻奥氏体含碳量增高，这又为产生新的渗 碳体创造了条件。如此反复进行，奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间的珠光 体组织。
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1.2 贝氏体转变及其组织
过冷奥氏体在550℃～Ms的转变称为中温 转变，其转变产物为贝氏体，所以又称贝氏 体转变。贝氏体用符号B表示，它是渗碳体分 布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物， 硬度也比珠光体型的高。奥氏体向贝氏体的 转变属半扩散型相变，铁原子基本不扩散而 碳原子有一定扩散能力。
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生产上，中、高碳钢常利用 等温淬火获得以下贝氏体为主的 组织，使钢件具有较高的强韧性， 同时由于下贝氏体比容比马氏体 小，可减少变形开裂。
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1.3 马氏体转变及其组织
当奥氏体以极大的冷却速度过冷到Ms以下时， 即发生马氏体转变。与珠光体转变和贝氏体转变不 同，马氏体转变是在连续冷却的过程中进行的，由 于过冷度极大，碳原子已无法扩散，过冷奥氏体以 非扩散的形式发生铁的晶格转变，即由面心立方晶 格的γ-Fe“切变”为体心立方的α-Fe中，形成了碳 在α-Fe中的过饱和间隙固溶体，称之为马氏体，用 符号M表示。马氏体的成分与过冷奥氏体相同。
1 上贝氏体组织形态
上贝氏体在550～350℃温度范围内形成，在低碳钢中形成温度要高些。在光学显微镜下 呈羽毛状，即成束的自晶界向晶粒内生长的铁素体条，如图4-7（a）所示。在电子显微镜下， 可以看到铁素体和渗碳体两个相，渗碳体（亮白色）以不连续的、短杆状形状分布于许多平 行而密集的过饱和铁素体条（暗黑色）之间，如图4-8（a）所示。在铁素体条内分布有位错 亚结构，位错密度随形成温度的降低而增大。
7-第七讲-钢在冷却时的转变
9
（2）转变开始线与纵座标轴之间的距离称为 孕育期。孕育期愈长，过冷奥氏体愈稳定，转 变期也愈长。孕育期最短处，过冷舆氏体最不 稳定，转变最快，这里称为C曲线的“鼻尖”。
对于碳钢来说，“鼻尖”处的温度一般为550C
左右。
（3）过冷奥氏体在不同温度下的产物不同。
薛小怀 副教授
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影响C曲线的因素
时分解的形核率，使奥氏体稳定性增加，C曲线
右移。
薛小怀 副教授
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（1）碳含量的影响：
一般情况下，亚共析钢C曲线随碳增加右移，
过共析钢的C曲线随碳含量增加左移。共析钢中
过冷A最稳定。
薛小怀 副教授
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与共析钢的C曲线相比，亚共析钢和过共析 钢的C曲线上部，还各多一条先共析相的析出 线。因为在过冷奥氏体转变为珠光体之前，在 亚共析钢中要先析出铁素体，在过共析钢中要
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根据奥氏体冷却方式的不同将冷却过程分为 等温转变（曲线1）和连续冷却转变（曲线2）。
薛小怀 副教授
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过冷奥氏体的等温转变曲线
共析钢加热到均匀奥氏体状态后，如果冷却 到A1线以下在热力学上是不稳定的，在一定条件 下要发生分解。 在A1以下存在且不稳定的、将要发生转变的 奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体的等温转变， 就是将奥氏体迅速冷却到低于A1的某一温度，并 保温足够时间。使奥氏体在该温度下完成其组织 转变的过程。
工程材料与焊接基础 第七讲
钢在冷却时的转变
钢在冷却时的转变
在钢的热处理中，冷却是一道非常关键的 工序。因为在加热、保温时得到的奥氏体，当 以不同的冷却条件冷却下来时，会得到性能差 异很大的各种组织。 只要选择恰当的冷却方式，便可以获得预
期的组织和性能。因此，了解钢在冷却时组织
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38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
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