第6章_过冷奥氏体转变图

6.1.1 IT图的建立
1. 金相硬度法
6.1.1 IT图的建立
1. 金相硬度法
步骤： ④ 用同样方法，将第二组试样在另一温度下等温（如 600℃），绘出该等温温度下过冷奥氏体等温转变动力学 曲线。以此类推，获取不同等温温度下过冷奥氏体等温 转变动力学曲线。 ⑤ 将不同温度下的等温转变开始时间和终了时间绘制在 温度—时间半对数坐标系中。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，则可得过冷奥氏体 等温转变图。 优缺点----直观、结果不连续、费时。
5. 只呈现珠光体转变曲线 合金元素大大延长了 贝氏体转变孕育期，以 致贝氏体转变曲线未能 在图中出现。 碳和强碳化物形成元 素含量较高的钢即属此 类型。
6.1.3 IT图的基本类型
6. 只析出碳化物，而无任何其它相变
在碳和合金元素含量较高的情 况下，珠光体转变与贝氏体转变 都被强烈抑制；同时，Ms点降 到室温以下，于是从A1到室温 的整个温度范围内，除了析出碳 化物外，不发生任何相变。 这类钢的奥氏体通常极其稳定， 高温下稳定的奥氏体组织全部过 冷至室温，属于奥氏体钢
第六章 钢的过冷奥氏体转变图
6.1 过冷奥氏体等温转变图 6.2 过冷奥氏体连续转变图 6.3 IT图与CT图的比较和应用
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。 等温冷却----TTT或IT图 连续冷却----CCT或CT 过冷奥氏体等温转变图（IT）
也称TTT曲线(Time-Temperature-Transformation)， 因形状如字母“C”，故称C曲线。 主要反映了过冷奥氏 体等温转变的规律，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，故难直接应用
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图
在鼻尖处：孕育期最短， 此时A最不稳定，是转变 速度的极大值。
曲线呈“C”形的原因：
过冷奥氏体的稳定性由两个因 素决定： ①新、母相的自由能差∆G； ②原子的扩散系数D。 ∆G和D的增大都使A稳定性下 降，转变加快。 但是这两个因素随过冷度的变 化是恰好相反，相互矛盾的 →“鼻子”的形成 鼻尖以上：∆G起主要作用， 相变受∆G大小的制约； 鼻尖以下：Fe、C原子扩散起 主要作用，相变受Fe、C原子 扩散速度的制约。
1.含碳量的影响
① 亚共析钢--ωC↑，C曲线右移；过共析钢--ωC↑，C曲线 左移；共析钢最稳定。 ② ωC↑，Ms、 Mf点下降； ③ 亚共析钢多了一条先共析铁素体析出线；过共析钢多 了一条先共析渗碳体析出线。
2. 合金元素的影响
合金元素除钴、铝（＞2.5%）外，只有溶于奥氏体中， 才会增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。如未溶 入奥氏体，则由于存在未溶的碳化物或夹杂物，往往会 起非自发晶核作用，从而促进过冷奥氏体的转变，使C 曲线左移。 根据合金元素对IT图的影响，可将合金元素分为两大类： ⑴ 非（或弱）碳化物形成元素； ⑵ 碳化物形成元素。
3. 奥氏体状态的影响
① 奥氏体的晶粒度：主要 影响先共析转变、珠光体 转变和贝氏体转变。晶粒 越小，C曲线左移，即转 变越快。对马氏体转变而 言，晶粒越粗大，Ms点越 高。
3. 奥氏体状态的影响
② 奥氏体均匀性：奥氏体 成Baidu Nhomakorabea越不均匀，先共析转 变和珠光体转变加快，部 分C曲线左移；贝氏体转 变时间延长，转变终了线 右移； Ms点升高，Mf点 降低。
转变产物： 在两个“C”曲线相重叠 的区域内等温时可以得到珠 光体和贝氏体混合组织。 在珠光体区内，随着等温 温度的下降，珠光体片层间 距减小，珠光体组织变细。 在贝氏体区较高温度等温, 获得上贝氏体；在较低温度 区等温，获得下贝氏体。
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图
过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物 A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区 Ms~ Mf M转变区 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 高温 中温 低温
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
过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物 A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区 Ms~ Mf M转变区 B转变区： A分解为过饱和的F和Fe3C非片层状混合物，即贝 氏体。 上贝氏体 550~350℃ 羽毛状 HRC45 下贝氏体 350℃~ Ms 针 状 HRC55 高温 中温 低温
过冷奥氏体连续转变图（CT） CT图也称 CCT图(连续转变图，ContinuousCooling-Fransformation)，能比较接近实际热处理 冷却条件，应用更方便有效。 IT图和CT图全面反映了过冷奥氏体转变与等温温 度、时间或者与冷却速度之间的关系。可见，IT图 和CT图对热处理生产实践有十分重要的意义。
6.2.1 CT图的建立
1. 金相—硬度法 ④ 再取另一些冷却速度重复上述操作，即可求得 在各种规定冷却速度下的转变开始点、某一定转变 量的点以及转变终了点。 ⑤ 把各种转变量相同的点（相同物理意义的点） 连接起来，就可得到CT图。
4. 外加应力和塑性变形的影响
① 外加应力：拉应力加速转变，压应力阻碍转变← 外加应力对比容的影响。 ② 塑性变形：造成晶粒破碎和晶格扭曲，缺陷密度↑， 还可能伴有碳化物析出→A稳定性↓，转变加快。
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。
6.1.1 IT图的建立
2.膨胀法：利用钢在相变时发生的比容变化。 A<F<P<B<M 优点—测量时间短，需要试样少； 缺点—拐点的确定。 3.磁性法：利用奥氏体为顺磁性，其转变产物F、B、 M为铁磁性的特点。 优点—试样少、测试时间短和易确定各转变产物达 到一定百分数所需时间。 缺点—无法测出过共析钢的先共析产物的析出线、 亚共析钢珠光体转变的开始线。Why？
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。 出现过冷 A稳定区。合金元
素较少时，两个“鼻子”之间 的奥氏体稳定区不很明显，而 当合金元素含量较高时，两组 曲线截然分开。 该类型合金元素对珠光体转 变的抑制作用更强，故代表珠 光体转变的曲线更靠右。常见 于含有Cr、Mo、W、V等强碳 化物形成元素的钢种。
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图
由两个“C”形曲线组成 的，第一个“C”形曲线与 珠光体转变区相对应。第二 个“C”形曲线与贝氏体转 变区相对应。 在鼻尖上部：孕育期随T↑ 而延长； 在鼻尖下部：孕育期随T↓ 而延长；
转变产物： 对Ms点较高的钢，贝氏体 等温转变曲线可延伸到Ms 线以下，即贝氏体与马氏体 转变相重叠。 如果在稍低于Ms温度等温， 则在形成少量马氏体后继而 形成贝氏体。
图6-1 过冷奥氏体等温转变图的建立 (a) 不同温度下的等温转变动力学曲线； (b) 过冷奥氏体等温转变图
过冷奥氏体在不同温度范围内的转变产物 A1~550℃ P转变区 550℃ ~ Ms B转变区 Ms~ Mf M转变区 P转变区： A等温分解为片状F和片状Fe3C的机械混合物----片 层状组织。等温转变的温度越低，F和Fe3C越细。 按片层粗细分别称为：珠光体、索氏体、屈氏体。 高温 中温 低温
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; ③ 在显微镜下观察其分解产物和转变量，确定转变开 始时间（1~2%）和转变终了时间(98%)，绘出T1下以 奥氏体转变量—时间为坐标的等温转变动力学曲线。
6.1 过冷奥氏体等温转变图（IT图）
6.1.1 IT图的建立
常用的方法有: 1. 金相硬度法 2. 膨胀法 3. 磁性法 4. 电阻法 5. 热分析法
6.1.1 IT图的建立
1. 金相硬度法
最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。在等 温过程中未转变的奥氏体在淬火时转变为马氏体，等温 转变的产物则分布其中，金相观察时即可识别。 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。
6.1.3 IT图的基本类型
3. 只呈现B转变曲线 合金元素大大推迟P转 变孕育期，P转变曲线未 出现。 常见于镍含量较多的低 碳和中碳铬镍钼钢或铬镍 钨钢。
6.1.3 IT图的基本类型
4. P转变与B转变曲线相分离， P转变的孕育期比B 转变的短。 常见于含碳量较高的合金钢。
6.1.3 IT图的基本类型
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： ① C曲线右移，对B的推迟作用大于对P的推迟作用； ② C曲线分离，>3% Cr，完全分离。 4）Mo和W的影响：推迟P转变，对B转变影响不大。 5）B的影响：微量，过冷奥氏体的稳定性增加。
6.2.1 CT图的建立
测定CT图比较复杂的，最常用的方法是综合热分 析、金相、硬度和膨胀法等多种方法一同测定某种 钢的连续冷却转变图。
6.2.1 CT图的建立
1. 金相—硬度法 ① 将一组被测钢的试样（通常为φ15×3mm）加热至 奥氏体化温度并保温； ② 将试样从奥氏体状态以一定速度冷却至指定的温 度T1、T2、T3…后，立即急冷（淬入水中），将高 温的组织状态固定到室温。 ③ 通过观察金相组织和测量硬度，确定过冷奥氏体 转变的开始点、某一定转变量的点以及转变终了点.
图6-5 Ni对C曲线的影响
2. 合金元素的影响
⑵ 碳化物形成元素
主要有铬、钼、钨、钒、钛等。这类元素如溶入奥氏 体中也将不同程度地降低珠光体转变和贝氏体转变的速 度；同时还使珠光体转变C曲线移向高温和贝氏体转变C 曲线移向低温。 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。
2. 合金元素的影响
⑴ 非（或弱）碳化物形成元素
主要有钴、镍、锰、硅、铜和硼。除钴外，都不同程 度地同时降低珠光体转变和贝氏体转变的速度，使C曲 线右移，但对C曲线的形状影响不大，仍呈现与共析碳 钢相似的单一“鼻子”的C曲线。 这类曲线珠光体转变与贝氏体转变C曲线部分重叠， 在鼻尖以上温度等温，形成珠光体；在鼻尖以下温度等 温，形成贝氏体。
6.1.1 IT图的建立
4.热分析法：利用钢相变时的热效应。 优点—适用于潜热大、转变速率快的过程，如熔化、 凝固。 缺点—不适用潜热小、转变速率慢的过程，如大部 分扩散型固态相变。 5.电阻法：利用相变时电阻值的变化。 缺点—精度不高
IT图分析：
ABCD线：不同温度下的转变 开始时间； EFGH线：转变量为50%时所 需的时间； JK、LM线：转变终了时间 转变开始线ABCD以左部分 为过冷奥氏体区，转变终了线 JK、LM以右区域为P或B区， 两条线之间为转变过渡区 （A+P或A+B），水平线MS为 马氏体转变开始温度，MS以下 为马氏体区。
IT图的基本类型
在应用IT图时，必须注意其标明的试验条件，如奥氏 体化温度、晶粒度等是否与实际应用条件相符，因为条 件不同，情况会有所差异。
6.2 过冷奥氏体连续转变图（CT图）
CT图是指钢经奥氏体化后在不同冷却速度的连续 冷却条件下，过冷奥氏体转变为亚稳态产物时，转 变开始及终止的时间与转变温度之间的关系曲线。