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。
电镜形貌
光镜形貌
珠光体
索氏体
托氏体

钢在热处理时的冷却方式
温 度 保温 临界温度
热 加
连续冷却
等温冷却 时间
过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）
过冷奥氏体等温转 变曲线又称 TTT 图、 IT 图或 C 曲线。综合反映 了过冷奥氏体在冷却时 的等温转变温度、等温 时间和转变量之间的关 系 TTT－Temperature Time Transformation IT－Isothermal Transformation
奥氏体中含碳量的影响:
温 度
A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
（2）对贝氏体转变 贝氏体长大速度是受碳扩散控制（碳在铁素体内 的脱溶）。这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体， 随奥氏体中碳含量的增加，获得铁素体晶核几率下降。 贝氏体转变之前铁素体转变速度下降，贝氏体转变也 减慢，C曲线右移。 （3）对马氏体转变 碳含量（Wc）增加，Ms下降、Mf下降。
过冷奥氏体转变动力学
概 述
热处理过程：加热、保温、冷却 冷却方式有二种：连续冷却方式 等温冷却方式 dT/dτ→∞时是平衡条件，否则就是非平衡条件。 过冷奥氏体在非平衡条件下冷却，可有三种形式。其中： (a) dT/dτ= 0，为等温冷却； (b) dT/dτ= C，为连续冷却； (c) dT/dτ= f(τ)，为实际冷却。 过冷奥氏体： 过冷奥氏体转变动力学图：等温转变和连续转变动力学图： 过冷奥氏体主要转变类型：P型转变、M型转变、B型转变
HRC 5-20
获得 工艺 退火
珠 光 体
扩 散 型
20-30 正火 等温 30-40 处理
T
贝 氏 体 马 氏 体 B上 B下 M针 M*板条
600~550
550~350 350~MS MS~Mf MS~Mf
羽毛状，短棒状Fe3C分布于 等温 40-50 处理 半扩 过饱和F条之间 散型 竹叶状，细片状Fe C分布于 等温 3 50-60 过饱和F针上 淬火 无扩 散型 板条状 针状 60-65 淬火 50 淬火
珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只 是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧性 略有改善。
b
片间距
HRC


过冷奥氏体的中温（贝 氏体）转变 过冷奥氏体在550℃230℃ (Ms)间将转变为 贝氏体类型组织，贝氏 体用符号B表示。 根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体
温度 ( ℃) 800
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区 A1
700 600 500
A1～550℃;高温转变区; 过 A 冷 产 扩散型转变;P 转变区。 A向产物 + 奥 物 转变终止线 产 氏 区 550～230℃;中温转变 体 物 区;半扩散型转变; 400 区 A向产 区 贝氏体( B ) 转变区; 300 Ms 物转变开始线 200 230～ - 50℃;低温转 100 变区;非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。 0 Mf -100 0
上贝氏体
(B上)和下贝氏体(B下).
下贝氏体

贝氏体转变过程 贝氏体转变也是形 核和长大的过程。

发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介
于奥氏体与平衡铁
素体之间，为过饱
和铁素体。

当转变温度较高（550-350℃) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。
1
10
102
103
104
时间(s)
2. 转变产物依等温温度不
同，大体可分为三个温度区：
(1). P型转变 (2).M型转变 (3).B型转变 需要指出的是，在中部区 域 P 转变区和 B 转变区可能重 叠，得到 P 和 B 的混合组织；
在下部区域 M 转变和 B 转变可
能重叠，得到 M 和 B 的混合组 织；
上贝氏体转变过程
上贝氏体: 在光镜下呈羽毛 状.

在电镜下为不连
续棒状的渗碳体 分布于自奥氏体 晶界向晶内平行 生长的铁素体条 之间。
电镜下
光镜下
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或晶内某些 晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁
素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片
的形式析出，生成下贝氏体。
下贝氏体转变

贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而
铁原子不扩散。

下贝氏体： 形成温度为350℃-Ms。 在光镜下呈竹叶状。
光镜下
在电镜下为细片状碳
化物分布于铁素体针
内，并与铁素体针长 轴方向呈55-60º 角。
电镜下

上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。
2.合金元素
如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al以外， 大多数合金元素总是不同程度地延缓珠光体和贝氏 体相变，从而使 C 曲线右移。其中碳化物形成元素 的影响最为显著。如果碳化物形成元素未能溶入奥 氏体，而是以残存未溶碳化物微粒形式存在，则将 起相反作用，使C曲线左移。 如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al外，大 多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温 （Ms、Mf），并增加残余奥氏体量。
温度 (℃ ) 800
亚共析钢的TTT曲线
F A3 A1
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 Mf -100 0
A
P+F S+F T B
M + A残
1
10
102
103
104
时间(s)
温度 (℃ ) 800
过共析钢的TTT曲线
Fe3CⅡ A
700 600 500
400 300 Ms 200 100 0 -100 0 Mf
含 碳 量 对 马 氏体转 变 温 度 的 影响 含碳 量对残 余奥氏体 量 的影响

过冷奥氏体转变产物（共析钢）
转变 类型 转变 产物 P S 形成温 度， ℃ A1~650 650~600 转变 机制 显微组织特征 粗片状，F、Fe3C相间分布 细片状，F、Fe3C相间分布
极细片状，F、Fe3C相间分布
3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”字形？ 过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素：驱动力 △Gv和原子的扩散系数D。 （ 1 ）高温时，过冷度小，驱动力△ Gv 小，扩散系数 D大， 原子扩散能力大，以驱动力△Gv影响为主。 （ 2 ）低温时，过冷度大，驱动力△ Gv 大，扩散系数 D小， 原子扩散能力小，以扩散系数D影响为主。 上述两个因素综合作用的结果，在550℃时驱动力和原子 的扩散的作用都充分发挥，使孕育期最短，使TTT图呈“C” 字形。 综上所述， TTT图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、 贝氏体等温转变的综合。


2）马氏体的形态
马氏体的形态分板
条和针状两类。

a. 板条马氏体
立体形态为细长的
扁棒状
光镜下

在光镜下板条马氏
体为一束束的细条
组织。
电镜下

每束内条与条之间尺 寸大致相同并呈平行 排列，一个奥氏体晶 粒内可形成几个取向 不同的马氏体束。
SEM
TEM

针状马氏体
显微组织为针状。
电镜 下
ACM A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ T
B
M + A残
1
10
102
103
104
时间(s)
（三）合金钢的过冷A 等温转变曲线 合金钢的过冷A 等温转变曲线由于受碳和合 金元素的影响，图形比较复杂。 常见的C曲线有四种形状： (a) A→P和A→B转变线重叠； (b) 转变终了线出现了二个鼻子； (c) 转变终了线分开，珠光体转变的鼻尖离纵轴 远； (d) 形成了二组独立的C曲线。