热处理C曲线

过冷奥氏体转变动力学图
第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图
过冷A在非平衡条件下冷却，可有如图的几种形式： 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（即反映了过冷 奥氏体在不同的过冷度下 等温转变的转变开始时间、 转变终了时间、转变产物 类型、转变量与等温温度、 等温时间的关系）。 TTT－Temperature Time Transformation IT－Isothermal Transformation
总之，Co、Al可促进冷却转变，其他合金元素大多阻碍转变
（二）奥氏体状态 1. 奥氏体晶粒大小的影响 奥氏体晶粒度增加，晶粒愈细，晶界面积增多，使晶 界形核的珠光体易于形核，有利于珠光体转变发生，C曲线 左移；虽然使贝氏体转变速度增加，C曲线左移。但对晶内 形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥 氏体晶粒长大，缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻 力减小，Ms升高。 2.加热温度和保温时间 加热温度和保温时间主要是通过改变奥氏体成分和状 态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成分不一定 是钢的成分，所以加热温度和保温时间不同，得到的奥氏体 也不一样，必然对随后的冷却转变起影响。 3.原始组织 主要影响奥氏体成分均匀性。原始组织愈细，加热后 奥氏体均匀化快，奥氏体成分愈均匀，随之冷却后珠光体转 变和贝氏体转变的形核率下降，长大减慢，C曲线右移。 原始组织愈粗，奥氏体成分不均匀，促进奥氏体分解， C曲线左移。
合金元素的影响: 除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奥氏体中,会引起:
A1 向右移 Ms 向 下 移 Ms 含Cr合金钢
A1
（1）对珠光体转变 除Co、Al以外，大多数合金元素是延缓P转变。 合金元素对P转变动力学影响的原因：合金元素的自扩散、 对碳的扩散、改变了A→F转变速度、改变了临界点、对奥氏体 /F界面的拖拽作用。在这些合金元素中Mo的影响最为强烈，W 为Mo的影响一半，Cr、Mn、Ni明显提高过冷A的稳定性，Si、 Al稍有提高过冷A体的稳定性，Co减小过冷A的稳定性。 （2）对马氏体转变 除Co、Al以外，大多数合金元素使Ms 、Mf下降 化学成分对Ms点的影响的原因：改变了T0；改变了奥氏 体的强度。 （3）对贝氏体转变 除Co、Al以外，大多数合金元素是延缓B转变。 原因：合金元素溶入A后，增大其稳定性，从而使C曲线右移。 合金元素对B转变动力学影响的原因：合金元素影响碳在A和F 中扩散；改变了A→F转变速度；改变了BS点；影响在一定温度 下的相间自由能差，影响驱动力。强碳化物形成元素减缓B转 变速度。
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
400 300 Ms 200 100 0 Mf V4 -100 0 1
V2
Vk
10 102
V3
103
104 时间(s)
第二节 过冷奥氏体连续转变动力学图
过冷奥氏体连续冷却转变图（又称CCT图或CT图）： 综合反映了过冷奥氏体在连续冷却时的转变温度、时间和 转变量之间的关系（即反映了过冷奥氏体在不同的冷却速
ACM A1 P + Fe3CⅡ S + Fe3CⅡ TBຫໍສະໝຸດ 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) 表示A→P和A→B转变线重叠；
(b) 表示转变终了线出现的二个鼻子； (c) 表示转变终了线分开，
等温淬火工艺曲线示意图
连续冷却过程中 TTT 曲线的分析
温度 ( ℃) 800 700 600 500 稳定的奥氏体区 A1
V1 = 5.5℃/s : 炉冷 ; P V1 V2 = 20℃/s : 空冷 ; S V3 = 33℃/s : 油冷;T+M+A残 V4 ≥ 138℃/s : 水冷 ; M+A残
（四）应力 在奥氏体状态下施加拉应力或单向压应力，促进奥氏 体分解，珠光体转变和贝氏体转变加快，C曲线左移，Ms 升高。 在奥氏体状态下施加多向压应力，减慢奥氏体分解， 珠光体转变和贝氏体转变减慢，C曲线右移，Ms下降。
综上所述，过冷奥氏体等温转变曲线的形状和位臵受 上述多种因素的影响，因此在使用时必须注意其标明的试 验条件，包括钢的成分（包括微量元素）、奥氏体化条件、 外界条件等。
温度 ( ℃) 800 700 600 500
共析碳钢 TTT 曲线的分析
稳定的奥氏体区 A1
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
三、 C曲线的应用
1.等温淬火 将加热到淬火温度的零件淬入 350 ℃至 MS 点之间的恒温 槽中，长时间等温，可得到下贝氏体； 2.等温退火 用于合金钢锻、铸件，以消除冷却时形成的巨大应力。 操作时将零件加热到完全退火的高温区域，再冷却到A→P 区域等温，使发生P转变。 3.形变热处理 形变热处理将合金钢加热到两条 C 曲线中间的 A 稳定区 域变形，可提高缺陷密度及材料强度。 4.定性解释连续冷却的奥氏体转变过程
非共析钢和共析钢的TTT图比较
原因： 在相同条件下，随亚共析钢中碳含量增加，获得铁素体 晶核几率下降，铁素体长大时需扩散去的碳量增大，扩散 的距离增大，先共析铁素体析出的孕育期增长，铁素体析 出速度下降；一般认为铁素体析出有利与珠光体转变，而 珠光体的析出在铁素体之后，铁素体析出速度减慢，珠光 体的析出速度也减慢，C曲线向右移动。 在过共析钢中，若在Ac1～Accm之间加热，随碳含量增 加，奥氏体中碳含量不变，未溶的渗碳体的量增加，未溶 的渗碳体有促进珠光体形核的作用，降低了奥氏体的稳定 性，C曲线向左移动。若在Accm以上加热，随碳含量增加， 奥氏体中碳含量增加，获得渗碳体晶核几率增加，先共析 渗碳体与珠光体孕育期缩短，析出速度增加，转变速度增 加。这是由于随碳量增加，珠光体的形成是在渗碳体之后， 故也加快。C曲线向左移动。
（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。
一、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。
（三）塑性变形 塑性变形加速珠光体转变， C 曲线左移。但对贝 氏体转变在高温（ 800 ～ 1000 ℃）进行塑性变形，贝氏 体转变的孕育期越长，贝氏体转变的速度减慢，转变的 不完全性增大，C曲线右移；在BS点低温亚稳的奥氏体区 进行塑性变形加速贝氏体转变，C曲线左移。 对马氏体转变来说，①若在Ms以上某一温度范围内 经塑性变形会促进奥氏体在该温度下向马氏体转变，使 Ms升高，产生应变诱发马氏体。②若在Ms～Mf温度范围 内的某一温度进行塑性变形也会促进奥氏体在该温度下 向马氏体转变。③若在Md以上某一温度范围内经塑性变 形不会产生应变诱发马氏体
珠光体转变的鼻尖离纵轴远；
(d) 表示形成了二组独立的C曲线。
二、 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素
A的成分：C和合金元素 奥氏体状态：奥氏体晶粒大小的影响、 加热温度和保温时间、原始组织 应力 塑性变形

（一）A的成分 1.含碳量 含碳量不改变C曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变 的影响不同。 （1）对珠光体转变 ①非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相（铁素体、 渗碳体）析出，因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变C曲线 在左上角有一条先共析相析出线，且先共析相析出线随含碳 量的变化而移动。 ②共析钢的 C曲线最靠右，亚共析钢的 C 曲线随含碳量增 加向右移动；过共析钢的C曲线随含碳量增加向左移动。 ③碳对C曲线的影响不如Me。 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 合金元素对C曲线影响可分为两大类： （1）非（或弱）碳化物形成元素：主要有Co、Ni、Mn、 Cu、Si、B等。这类元素 除Co外使C曲线右移，但对C曲线的 形状影响不大。 （2）碳化物形成元素：主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb 等。这类元素溶入奥氏体，从而使C曲线右移，且改变C曲线 的形状和位臵，使珠光体转变的C曲线移向高温、贝氏体转 变的C曲线移向低温，从而C曲线分离成上下两部分，呈现双 C曲线的特征。