1.3过冷A 转变曲线

上一内容下一内容回主目录返回1.3钢的过冷奥氏体转变曲线1.3钢的过冷奥氏体转变曲线主讲：周潘兵[e-mail]上一内容下一内容回主目录返回加热得到高温奥氏体组织不是最终目的。1.3钢的过冷奥氏体转变曲线钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。钢的冷却转变并不都是一个平衡转变过程，所以不能完全依据Fe-Fe3C相图来判定和分析。过冷奥氏体：在临界温度A1以下处于不稳定状态的奥氏体。上一内容下一内容回主目录返回过冷奥氏体转变的热力学1.3钢的过冷奥氏体转变曲线上一内容下一内容回主目录返回1.3钢的过冷奥氏体转变曲线奥氏体的冷却方式：等温冷却和连续冷却。A1上一内容下一内容回主目录返回1.3钢的过冷奥氏体转变曲线一、过冷奥氏体等温转变曲线反映的是在等温冷却时不同等温温度下，过冷奥氏体的转变产物、转变量与时间的关系。俗称C曲线，亦称TTT图（Time-Temperature-Transformation）或IT图(IsothermalTransformation）。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线1、TTT图的建立–金相法：珠光体、贝氏体、马氏体等具有不同的形貌–硬度法：与金相法配合使用–磁性法：奥氏体—顺磁性，转变产物—居里值以下为铁磁性–电阻法：电阻与晶体缺陷浓度有关，测定开始线十分有效–膨胀法：奥氏体比容最小上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线金相法：（a）首先将若干薄圆片状试样放入热处理炉中，在高于共析温度的条件下进行奥氏体化；（b）将上述奥氏体化后的试样迅速放入另一铅浴炉保温，炉温低于共析温度；（c）依据试样保温时间的差异，分别从炉中取出试样，置于水中快冷；（d）磨制金相试样，并观察显微组织。（e）找出反映开始、终了等的时间。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线在不同温度重复上述等温转变试验，可根据试验结果将不同温度下的转变开始点和转变终了点分别连成曲线，绘制出该钢种的过冷奥氏体等温转变曲线。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线2、TTT图的分析过冷奥氏体转变开始线、终了线，A1、Ms、Mf点、（M50点）。五个区：奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、过冷奥氏体转变区、过冷奥氏体转变产物区、马氏体转变区。孕育期TTT图的运用上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线分析TTT图鼻子产生的原因，即为什么在550℃左右共析钢的孕育期最短，转变速度最快，过冷奥氏体最不稳定？上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线3、影响TTT图的因素（对形状、位置的影响）（1）含碳量的影响a.亚共析钢C%↑，C曲线铁素体、珠光体转变贝氏体部分右移,整个C曲线右移。∵C%↑，F先不易形成，形成的F先%↓，而P大多在A/F先的相界面上形核，使P的形核位置减少；而且C%↑，使∣ΔGA→P∣↓，从而驱动力减小，故转变速度减慢。上一内容下一内容回主目录返回b.过共析钢C%↑，C曲线渗碳体、珠光体转变部分左移，贝氏体转变部分右移。∵C%↑，冷却时有利于先共析Fe3C形核长大，且C扩散速度加快，故Fe3C形成速度加快，从而P的孕育期缩短，转变加速，C曲线左移。而C%↑不利于B形核，所以B转变部分右移。（1）含碳量的影响上一内容下一内容回主目录返回（1）含碳量的影响C.共析钢C曲线最靠右，过冷奥氏体最稳定。上一内容下一内容回主目录返回（1）含碳量的影响含碳量对TTT图形状的影响：钢中C%↑，Ms、Mf↓。亚（过）共析钢与共析钢相比，其TTT图上多出一条先共析相析出线。碳钢中C%↑，B转变部分右移，B转变孕育期变长，转变速度减慢。(因为C%↑，难形成贝氏体铁素体)上一内容下一内容回主目录返回（1）含碳量的影响上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线（2）合金元素的影响……只有溶入奥氏体中的合金元素才会对TTT图产生重要影响a、除Co和Al(Al%＞2.5%)以外的所有合金元素，溶入奥氏体中都增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，并降低Ms点。b、其中碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti等，溶入奥氏体中，不但使C曲线右移，并使珠光体转变温度范围向上移，贝氏体转变温度范围向下移，使曲线呈现双C形，中间为奥氏体亚稳定区。c、其中非碳化物形成元素Ni、Si、B等和弱碳化物形成元素Mn只使C曲线右移，而对C曲线的形状影响不大。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线合金元素对曲线的影响是通过以下几个方面来实现*：①改变A向P、B、M等转变的自由能差。②影响P、B等的形核率，如Co↑P转变的形核率，其它元素↓P转变时的形核率。③影响P、B的长大速度。（大部分Me↓P、B转变速度）④↓碳在奥氏体中的扩散系数（速度），除Co和小于2.5%Ni以外，所有的合金元素都↑C在A中的扩散激活能，↓扩散系数。上一内容下一内容回主目录返回⑤合金元素本身在奥氏体中的扩散很慢，如Mo、W、Cr、Ni、Mn等在奥氏体中的扩散系数比C低3-5个数量级，由于P、B转变时往往需要合金元素的再分配，因此使P、B转变减慢。⑥像B这样的元素，由于其原子半径与铁原子半径的相对大小既不适于形成间隙固溶体，又不适于形成置换固溶体，因此有富集于晶界的强烈倾向，这种元素一般称为内表面活性元素。硼在晶界的富集会使晶界的能量大大降低，使先共析铁素体（从而使P）在晶界的形核非常困难，故大大推迟了奥氏体的扩散分解过程。一、过冷奥氏体等温转变曲线上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线⑦降低γ→α同素异构转变速度，从而降低P的转变速度，例如Ni、Mn、Cr等↑铁的自扩散激活能，并降低其扩散系数。合金元素的影响是综合复杂的，还需要进行更多的深入研究。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线（3）奥氏体状态的影响a.奥氏体晶粒度的影响：A晶粒细小，晶界面积↑，有利于新相形核和原子扩散，有利于先共析转变和P转变，P转变线左移，但对B、M转变影响不大。b.奥氏体均匀性的影响：A成分越均匀，新相转变形核率↓，新相形核和长大时间越长，C曲线右移。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线c.派生的结论：奥氏体化温度的影响：A化温度越高，保温时间越长，则形成的A晶粒越粗大，A的成分也越均匀，从而增加过冷A的稳定性，使TTT曲线右移。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线（4）塑性变形的影响形变会细化A晶粒，或增加亚结构，使C曲线左移。一般来说，形变量越大，奥氏体向珠光体转变速度越快，珠光体转变线越向左移。上一内容下一内容回主目录返回一、过冷奥氏体等温转变曲线4、过冷奥氏体等温转变曲线基本类型*上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线反映的是在连续冷却时不同的冷却速度下，过冷奥氏体的转变产物、转变量与转变温度和时间的关系。称为CCT曲线（或图）ContinuousCoolingTransformation或CT图（或曲线）ContinuousTransformation上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线1、CCT图的建立膨胀法：金相－硬度法：图中：M－马氏体；F－铁素体C－渗碳体；A－奥氏体金相－硬度法测定CCT图原理示意图上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线2、CCT图的分析以共析钢为例：珠光体转变区：由过冷奥氏体转变开始线、终了线、中止线组成。马氏体转变区：Ms和ν′c以下区域。共析钢CCT图应用举例。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线上一内容下一内容回主目录返回上临界冷却速度或临界淬火速度νc：表示过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解，全部冷至Ms点以下发生马氏体转变的最小冷却速度。下临界冷却速度νc′：表示过冷奥氏体全部得到珠光体的最大冷却速度。二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线图中旁注说明。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线过共析钢、亚共析钢的CCT图与共析钢CCT图的区别：上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线3、影响CCT曲线的因素碳及合金元素对CCT图的影响规律与TTT图相似。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线4、CCT图的应用以图7.22(b)亚共析钢为例讨论在三个典型的冷却速度ν1、ν2、ν3下，过冷奥氏体的转变过程和产物，并说明冷却速度对转变产物的影响。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线5、TTT图与CCT图的比较（1）CCT图位于TTT图右下方，这说明在连续冷却转变过程中过冷奥氏体的转变温度低于相应的等温转变温度，且孕育期较长。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线主要由于C%高，B相变需要扩散较多碳原子，相变速度太慢，从而在实际冷却条件下，难以实现相变对成分的要求。（2）等温转变产物为单一的组织，而连续冷却转变产物一般为混合组织。（3）TTT图有B转变，而共析、过共析钢的CCT图上不出现B相变。上一内容下一内容回主目录返回二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线6、CCT图的基本类型*