钢的奥氏体等温转变图测定
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。
共析钢过奥氏体等温转变曲线中双曲线为c曲线
一、背景介绍钢是一种重要的金属材料，其性能往往与其组织结构密切相关。
而钢的组织结构中的重要一环就是过奥氏体等温转变曲线。
在研究钢的组织结构时，我们常常需要分析过奥氏体等温转变曲线的特征，其中双曲线和C曲线是两种常见的曲线类型。
通过共析钢在等温条件下的组织演变过程，可以深刻理解钢材的性能和特性。
二、双曲线和C曲线的概念1. 双曲线双曲线是一种过奥氏体等温转变曲线的类型，它的特点是在一定温度范围内，共析组织的转变迅速，在较窄的温度范围内完成。
双曲线的存在意味着在这一温度范围内，共析组织的形成速度是非常快的，这对于钢材的性能和工艺具有重要影响。
2. C曲线C曲线也是一种过奥氏体等温转变曲线的类型，其特点是在一定温度范围内，共析组织的转变相对缓慢，需要较长的时间才能完成。
C曲线的存在表明这一温度范围内，共析组织的形成速度较慢，这也对钢材的性能和工艺具有重要影响。
三、共析钢中双曲线为C曲线的原因1. 成分比例共析钢中的成分比例是影响双曲线和C曲线的重要因素。
当共析钢中的主要合金元素或杂质元素发生变化时，有可能导致曲线类型的变化。
通常情况下，当共析钢中的元素比例发生变化时，双曲线可能转变为C曲线，或者反之。
2. 加工工艺加工工艺也是影响共析钢中双曲线和C曲线的因素之一。
不同的加工工艺可能对共析组织的形成速度产生影响，从而导致曲线类型的变化。
热处理过程中的温度、时间和冷却速度等因素都可能影响共析组织的形成速度，从而影响曲线类型。
3. 环境因素环境因素也可能导致共析钢中双曲线转变为C曲线，或者反之。
环境温度、气氛和压力等因素都可能对曲线类型产生影响。
在不同的环境条件下，共析组织的形成速度可能发生变化，从而导致曲线类型的变化。
四、共析钢中双曲线和C曲线的应用1. 材料设计在材料设计阶段，了解共析钢中双曲线和C曲线的特点和影响有助于选择合适的材料成分和加工工艺，从而达到预期的性能要求。
2. 工艺优化对于共析钢的生产工艺来说，了解双曲线和C曲线的特点和转变规律，有助于优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。
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。
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。
20crmnti钢的等温转变曲线
20crmnti钢的等温转变曲线
20CrMnTi钢的等温转变曲线指的是该钢在不同温度下的相变
情况。
20CrMnTi钢属于低合金钢，其等温转变曲线主要包括
奥氏体转变为马氏体的Ms点和马氏体转变为奥氏体的As点。
一般情况下，20CrMnTi钢的Ms点在200-250摄氏度之间，表示钢中的奥氏体开始发生相变形成马氏体。
Ms点的具体温度
取决于钢的组织及成分。
而As点一般在300-400摄氏度之间，表示马氏体开始转变为
奥氏体。
As点的温度也会受到钢的成分和处理工艺的影响。
需要注意的是，20CrMnTi钢的相变温度是根据具体的合金成
分和处理工艺来确定的，因此不同钢厂、不同工艺会有一定差异。
这里的数值仅仅是一个粗略的参考范围。
总的来说，了解20CrMnTi钢的等温转变曲线可以帮助制定合
适的热处理工艺参数，从而获得所需的组织和性能。
在实际应用中，这对于确保钢材的性能稳定和优化具有重要意义。
钢的加热冷却组织转变
（F和Fe3C），转变为另一种晶格形式的单相（A）的过程，在这样的相变过程中，必然伴随 着Fe、C原子的扩散和相应的晶格重构。研究证明，α-γ晶格重构过程实际上是固态下重结
晶的过程，因此，同样遵循结晶的基本规律，是一个形核、长大和均匀化的过程。
珠光体向奥氏体的转变可分为以下3个步骤，共析钢中奥氏体形成过程示意图如图6－3
亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体，因此亚共析钢的奥氏体转变由两个阶段 组成。① 是珠光体向奥氏体的转变（加热到略高Ac1 ）；② 是铁素体向奥氏体的转变（加热 到Ac1～Ac3之间）。珠光体向奥氏体的转变与共析钢相同。当珠光体向奥氏体转变结束时，在 铁素体晶界上开始形成新的奥氏体晶核，这些新的晶核依靠吸收由先形成的奥氏体中越过晶 界扩散过来的碳原子而不断向铁素体晶粒内部长大。当温度略高于Ac3时，铁素体全部转变成 奥氏体，之后碳原子的扩散还要维持一段时间才能使所有奥氏体的成分达到均匀一致。 2.2.2 过共析钢的奥氏体转变
指在规定加热条件下（把钢加热到930±10℃、保温3～8h）所测得的奥氏体晶粒度。本 质晶粒度的实质是表示钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向。不同牌号的钢奥氏体晶粒长大的倾 向是不同的，在一定的温度下把随着温度的升高奥氏体晶粒迅速长大的钢称为本质粗晶粒钢， 而奥氏体的晶粒随温度的升高不易长大的钢称为本质细晶粒钢，钢的本质晶粒度示意图如图 6-8所示。一般需要进行热处理的零件大多采用的是本质细晶粒钢，因为本质细晶粒钢热处理 后易获得细小的实际晶粒度。
过冷或过热现象，在相图上实际的相变温度和平衡临界点就会产生偏移的现象，而且加热或
冷却速度越快，偏移量越大。为了便于区别，通常把实际加热时的各临界点用Ac1、Ac3、Accm 表示，冷却时的各临界点用Ar1、Ar3、Arcm表示。钢的各实际临界点的含义如下：
TTT曲线
TTT曲线过冷奥氏体等温转变曲线——TTT曲线(Time，Temperature，Transformation) 过冷奥氏体等温转变曲线可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程：转变开始和转变终了时间、转变产物的类型以及转变量与时间、温度之间的关系等。
因其形状通常像英文字母“C”，故俗称其为C曲线，亦称为TTT 图。
过冷奥氏体等温转变曲线的建立由于过冷奥氏体在转变过程中不仅有组织转变和性能变化，而且有体积膨胀和磁性转变，因此可以采用膨胀法、磁性法、金相—硬度法等来测定过冷奥氏体等温转变曲线。
现以金相—硬度法为例介绍共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立过程。
将共析钢加工成圆片状试样(φ 10×1.5mm)，并分成若干组，每组试样5 个～10 个。
首先选一组试样加热至奥氏体化后，迅速转入A1以下一定温度的熔盐浴中等温，各试样停留不同时间之后，逐个取出试样，迅速淬入盐水中激冷，使尚未分解的过冷奥氏体变为马氏体，这样在金相显微镜下就可观察到过冷奥氏体的等温分解过程，记下过冷奥氏体向其他组织转变开始的时间和转变终了的时间；显然，等温时间不同，转变产物量就不同。
一般将奥氏体转变量为1%～3%所需的时间定为转变开始时间，而把转变量为98%所需的时间定为转变终了的时间。
由一组试样可以测出一个等温温度下转变开始和转变终了的间，根据需要也可以测出转变量为20%、50%、70%等的时间。
多组试样在不同等温温度下进行试验，将各温度下的转变开始点和终了点都绘在温度—时间坐标系中，并将不同温度下的转变开始点和转变终了点分别连接成曲线，就可以得到共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线，如图所示。
C 曲线中转变开始线与纵轴的距离为孕育期，标志着不同过冷度下过冷奥氏体的稳定性，其中以550℃左右共析钢的孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最低，称为C 曲线的“鼻尖”。
图中最上面一条水平虚线表示钢的临界点A1(723℃)，即奥氏体与珠光体的平衡温度。
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：
第三章 奥氏体与钢在加热过程中的转变
c: Calefaction r: Refrigeration
3.2.2 转变机制
共析钢的A形成
当加热至Ac1稍上温度时，由铁素体＋渗碳体 两相组成的珠光体转变为单相奥氏体，即：
（α＋
Fe3C
）
Ac1以上 加热
γ
碳含量： 0.02％C 6.69％C
0.77％C
空间点阵：体心立方 复杂斜方
面心立方
基本概念
原始组织 碳钢的平衡态组织 碳钢的非平衡态组织
平衡组织
通过缓慢冷却所得到
γ
的珠光体以及先共析
铁素体与渗碳体等组
织
P (pearlite)
P＋F (Ferrite)
P＋ Fe3C (Cementite)
不平衡组织
通过较快的速度进行冷却时获得的组织 如马氏体，贝氏体等。
细化晶粒还可显著提高钢材的耐蚀性。
3.4.1 晶粒度概念及晶粒长大现象
一）晶粒度 设n为放大100倍时每平方英寸in2面积内的晶粒 数，则下式中N即为晶粒度。
n=2 N-1
晶粒越细，N越大。 起始晶粒：加热转变终了时所得的A晶粒 实际晶粒：长大到冷却开始时的A晶粒 本质晶粒：930ºC保温3~8小时所得的晶粒 1－4级：本质粗晶粒钢，5－8本质细晶粒钢
亚共析钢两相区等温 转变过程示意图
1.两相区转变的三个阶段
A核在F与P交界面形成后，快速长进P直到P全部 转变为A为止。
A向先共析F慢速长进。转变停止时为两相组织， 等温温度越高，未转变的F量越少。
A与F间的最后平衡。 结论：亚共析钢在两相区的转变与共析钢相比在相
同温度下的转变要慢得多。
欲使材料获得要求的性能，首先要把钢加热，获 得A组织（奥氏体化），然后再以不同的方式冷 却，发生不同转变，以获得不同的组织。
6.TTT和CCT
（2）对贝氏体转变 ） 贝氏体长大速度是受碳扩散控制（ 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， ）。这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体 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。 随奥氏体中碳含量的增加，获得铁素体晶核几率下降。 铁素体长大时，转变时需扩散的原子量增加， 铁素体长大时，转变时需扩散的原子量增加，贝氏体 转变之前铁素体转变速度下降，贝氏体转变也减慢， 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。 曲线右移。 曲线右移 （3）对马氏体转变 碳含量（Wc）增加，Ms下降 下降、 下降；Ms和 碳含量（Wc）增加，Ms下降、Mf下降；Ms和Mf下 降不一致。Wc<0.6%， Ms下降得快 下降得快。 降不一致。Wc<0.6%，Mf比Ms下降得快。 碳含量增加， Wc<0.2%，Ms显著下降 Wc>0.2%， 显著下降； ①碳含量增加， Wc<0.2%，Ms显著下降；Wc>0.2%， Ms直线下降 直线下降。 Ms直线下降。 Wc<0.6%， 显著下降；Wc>0.6%， 下降缓慢， ②Wc<0.6%，Mf显著下降；Wc>0.6%，Mf下降缓慢， Mf<0℃（低于室温）。 <0℃（低于室温）。
共析碳钢 TTT 曲线的分析
( ) 800 700 600 500 400 300 Ms 200 100 0 Mf -100 0 1 10 稳定的奥氏体区 过 冷 奥 氏 体 区 A 线 区 + A A 产 物 线 区 550 区; A1 A1 550 ; ;P 230 ; ; 氏体( 氏体 B ) 230 - 50 ; 区; 区 氏体 ( M ) 102 103 104 (s) 区; 区 区; 区 区
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实验三钢的奥氏体等温转变图测定
一、概述
奥氏体等温转变：钢加热奥氏体化后，冷却到临界点以下进行等温转变时所发生的组织转变为奥氏体等温转变。
奥氏体等温转变图：描述过冷奥氏体在等温转变过程中的转变温度与转变开始和转变终了时间的关系图为奥氏体等温转变图。
奥氏体等温转变图根据转变产物的形态和性质不同分三个区域，低温转变区、中温转变区和高温转变区。
高温转变区转变产物为珠光体。
中温转变区转变产物为贝氏体。
低温转变区转变产物为马氏体和残余奥氏体。
二、实验目的
1、用金相法研究并建立GCr15钢奥氏体的等温转变图。
2、了解不同加热温度对GCr15钢奥氏体等温转变图的影响。
三、实验内容
1、影响奥氏体等温转变的因素
（1）化学成分的影响。
（2）奥氏体晶粒大小对过冷奥氏体转变的影响。
（3）塑性变形的影响。
2、测定奥氏体等温转变图的方法
（1）金相法
（2）硬度法
（3）磁性法
（4）膨胀法
金相法：
金相法能直接而精确地观察到奥氏体分解产物的数量和组织特征。
可以确定奥氏体分解的开始点和结束点，还可以精确确定在等温过程中不同等温时间内的奥氏体的分解量。
测量面积法、画线法、定点法和称重法。
硬度法：
随等温停留时间的延长，奥氏体分解量增加，随后淬火得到的马氏体量减少，硬度值随之下降。
点1处硬度开始下降，为转变开始时间。
到点2处硬度值不再下降，为转变的终了时间。
3、实验步骤
将GCr15钢加热至840℃保温5分钟将试样分别迅速投入到保持在不同温度的盐浴中进行不同时间的等温，然后取出，淬入水中冷却。
进行金相组织观察，用画线法测出转变开始时间和结束时间。
最后画出GCr15钢奥氏体的等温转变图。
不同温度各等温时间对应试样编号。