鋼的冷卻轉(zhuǎn)變

1、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 一、引言一、引言2、奧氏體的冷卻條件分兩大類：、奧氏體的冷卻條件分兩大類：1） 平衡冷卻條件平衡冷卻條件 特征：特征：不考慮時間因素的極其緩慢的冷卻。不考慮時間因素的極其緩慢的冷卻。FeFe3C相相圖就是這樣獲得的。圖就是這樣獲得的。2）非平衡冷卻條件）非平衡冷卻條件 特征：特征：受時間因素的影響在人們的生產(chǎn)實踐中，更多遇受時間因素的影響在人們的生產(chǎn)實踐中，更多遇到的是非平衡冷卻條件的相變，掌握過冷到的是非平衡冷卻條件的相變，掌握過冷A的非平衡的非平衡冷卻條件下的轉(zhuǎn)變規(guī)律，對熱處理生產(chǎn)指導(dǎo)意義更直

2、冷卻條件下的轉(zhuǎn)變規(guī)律，對熱處理生產(chǎn)指導(dǎo)意義更直接。接。奧氏體不同的冷卻方式示意圖奧氏體不同的冷卻方式示意圖加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻0時間時間/min/min溫度溫度/等溫等溫冷卻冷卻連續(xù)連續(xù)冷卻冷卻臨界溫度臨界溫度 同一種鋼，加熱條件相同，但由于采用不同的冷卻條同一種鋼，加熱條件相同，但由于采用不同的冷卻條件，鋼所表現(xiàn)出來的機械性能明顯不同，為什么會出現(xiàn)性件，鋼所表現(xiàn)出來的機械性能明顯不同，為什么會出現(xiàn)性能上明顯的差別？能上明顯的差別？ 這是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)這是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)生不同的變化，導(dǎo)致性能上的差別。生不同的變化，導(dǎo)致性能上的差別。 由于由于Fe

3、-FeFe-Fe3 3C C相圖是在極其緩慢加熱或者冷卻條相圖是在極其緩慢加熱或者冷卻條件下建立的，沒有考慮冷卻條件對相變的影響，件下建立的，沒有考慮冷卻條件對相變的影響，而熱處理過程中的而熱處理過程中的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和和過過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是對這個問題的補充，是對這個問題的補充，下面將進(jìn)行分別討論。下面將進(jìn)行分別討論。 為什么要研究過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖？為什么要研究過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖？鋼加熱到鋼加熱到A A狀態(tài)，用不同的介質(zhì)，狀態(tài)，用不同的介質(zhì)，A A在不同的過冷度下在不同的過冷度下轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（P P、B B、M M或它們的

4、混合組織）的組織與性或它們的混合組織）的組織與性能有很大差別，導(dǎo)致鋼材最終性能的多種多樣。能有很大差別，導(dǎo)致鋼材最終性能的多種多樣。鋼的過冷鋼的過冷A A轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖是研究某一成分的鋼在過冷轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖是研究某一成分的鋼在過冷A A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與溫度、時間的關(guān)系及其變化規(guī)律。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與溫度、時間的關(guān)系及其變化規(guī)律。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線又稱又稱TTT曲線曲線或或IT曲線曲線或或C曲線曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又稱又稱CCT曲線曲線TTTTTT曲線曲線T Temperature-emperature-T Time-ime-T TransformationransformationI

5、TIT曲線曲線I Isothermal sothermal T TransformationransformationCCTCCT曲線曲線C Continuous-ontinuous-C Cooling-ooling-T Transformationransformation二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線1 1、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立共析碳鋼共析碳鋼ITIT圖圖2 2、過冷、過冷A A等溫轉(zhuǎn)變圖的基本形式等溫轉(zhuǎn)變圖的基本形式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): : 1 1）A A1 1是臨界點；是臨界點； 2 2）轉(zhuǎn)變開始線左方是過冷）轉(zhuǎn)變開始線左方

6、是過冷A A區(qū)；區(qū)；3 3）轉(zhuǎn)變結(jié)束線右方是轉(zhuǎn)變結(jié)束區(qū)（）轉(zhuǎn)變結(jié)束線右方是轉(zhuǎn)變結(jié)束區(qū)（P P或或B B）；）；4 4）兩線之間是轉(zhuǎn)變過渡區(qū)：）兩線之間是轉(zhuǎn)變過渡區(qū)： APAP轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的A AP P區(qū)；區(qū)； ABAB轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的A AB B區(qū)。區(qū)。5 5）水平線）水平線MsMs為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，其下方為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。這是一幅比其下方為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。這是一幅比較簡單的過冷較簡單的過冷A A等溫轉(zhuǎn)變圖。等溫轉(zhuǎn)變圖。特點：特點：1 1）過冷）過冷A A在不同溫度在不同溫度(T)(T)的等溫分解時都有一個的等溫分解時都有一個孕育期孕育期t,t,孕育期隨等溫溫度孕育期隨等溫溫度

7、T T的改變而改變。的改變而改變。 在鼻尖上部：孕育期隨在鼻尖上部：孕育期隨TT而延長；而延長；在鼻尖下部：孕育期隨在鼻尖下部：孕育期隨TT而延長；而延長；在鼻尖處：孕育期最短，此時在鼻尖處：孕育期最短，此時A A最不穩(wěn)定，是轉(zhuǎn)變速度的最不穩(wěn)定，是轉(zhuǎn)變速度的 極大值。極大值。 這是由于隨著過冷度的增大，相變化學(xué)自由能差增大，而這是由于隨著過冷度的增大，相變化學(xué)自由能差增大，而鐵、鐵、C C原子的擴(kuò)散卻依過冷度的增大而減小，這一對矛盾因原子的擴(kuò)散卻依過冷度的增大而減小，這一對矛盾因素綜合影響的結(jié)果：素綜合影響的結(jié)果：鼻尖以上：自由能鼻尖以上：自由能G G起主要作用，相變受起主要作用，相變受G G

8、大小的制約大小的制約鼻尖以下：矛盾的主要方面是鼻尖以下：矛盾的主要方面是FeFe、C C原子擴(kuò)散，即相變受原子擴(kuò)散，即相變受 FeFe、C C原子擴(kuò)散速度的制約。原子擴(kuò)散速度的制約。 2）過冷）過冷A在不同溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物各不相同在不同溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物各不相同P P相變區(qū)、相變區(qū)、B B相變區(qū)和相變區(qū)和M M相變區(qū)相變區(qū)。以。以T8T8鋼為例，同溫度的鋼為例，同溫度的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物如圖所示：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物如圖所示：P轉(zhuǎn)變區(qū)域（高溫轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變區(qū)域（高溫轉(zhuǎn)變） 從從A1550范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，A等溫分解為片狀等溫分解為片狀F片狀片狀Fe3C的機械混合物，成為片狀組織。但隨著的機械混合物，成為片狀組織。但

9、隨著T，片狀，片狀越細(xì)，按片層的粗細(xì)分別珠光體型組織劃分為三類：越細(xì)，按片層的粗細(xì)分別珠光體型組織劃分為三類：珠光體（珠光體（P）、索氏體（）、索氏體（S）、）、 屈氏體（屈氏體（T）對對T8而言，對應(yīng)溫度的相變組織和性能：而言，對應(yīng)溫度的相變組織和性能： A1650： AP 硬度硬度 HRC3211 650600：AS 硬度硬度HRC3238（屬（屬Fe、C原子原子的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變）的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變） 600550：AT 硬度硬度HRC3240 貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（中溫轉(zhuǎn)變）貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（中溫轉(zhuǎn)變） 溫度范圍：溫度范圍：C曲線鼻尖溫度曲線鼻尖溫度Ms。 B是過飽和是過飽和C的鐵素體和滲碳體非片層狀的混

10、的鐵素體和滲碳體非片層狀的混合物。其形態(tài)、性能及形成過程都和合物。其形態(tài)、性能及形成過程都和P不同。不同。 對對T8而言：而言： B上形成溫度上形成溫度T：550350 硬度硬度HRC6045 B下形成溫度下形成溫度T：350240 硬度硬度HRC4555 馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（低溫轉(zhuǎn)變）馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（低溫轉(zhuǎn)變） 溫度范圍：溫度范圍：MsMf對對T8而言：而言： M轉(zhuǎn)變區(qū)域約在轉(zhuǎn)變區(qū)域約在24050。 隨著隨著T,M%量量，但即使再低，也不是所，但即使再低，也不是所有有A全部轉(zhuǎn)變?nèi)哭D(zhuǎn)變 M，總有一部分保留在鋼中，總有一部分保留在鋼中，稱殘余奧氏體稱殘余奧氏體A。3 3、影響過冷、影響過冷A A等

11、溫轉(zhuǎn)變圖形狀的因素等溫轉(zhuǎn)變圖形狀的因素臨界點位置不同；臨界點位置不同； P P、B B轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的C C曲線位置不同；曲線位置不同； MsMs不同。這些的主要影響因素有合金元素的影響、不同。這些的主要影響因素有合金元素的影響、A A晶粒尺寸晶粒尺寸的影響。的影響。( (一一) )合金元素的影響合金元素的影響1. 1. 碳的影響碳的影響 亞共析碳鋼：亞共析碳鋼：C%C%，C C曲線向右移；曲線向右移； 過共析過共析C C鋼：鋼：C%C%，C C曲線向左移；曲線向左移； 共析鋼：使過冷共析鋼：使過冷A A最穩(wěn)定，即其最穩(wěn)定，即其C C曲線處于最右的位置。曲線處于最右的位置。2. 除除Co以外，所有

12、以外，所有的合金元素都增大的合金元素都增大A穩(wěn)定穩(wěn)定性，使性，使C曲線右移。曲線右移。如果未溶入奧氏體如果未溶入奧氏體，則存在未熔的碳化物或夾雜物，則存在未熔的碳化物或夾雜物，往往會起非自發(fā)晶核作用，從而促進(jìn)過冷奧氏體的往往會起非自發(fā)晶核作用，從而促進(jìn)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，使轉(zhuǎn)變，使C線左移。線左移。 根據(jù)合金元素對根據(jù)合金元素對IT圖的影響，可將合金元素分為兩大圖的影響，可將合金元素分為兩大類：類： （1）非（或弱）碳化物形成元素，主要有鈷、鎳、錳、）非（或弱）碳化物形成元素，主要有鈷、鎳、錳、硅、銅和硼。際鈷外，都不同程度地同時降低珠光休轉(zhuǎn)變硅、銅和硼。際鈷外，都不同程度地同時降低珠光休轉(zhuǎn)變和

13、貝氏體轉(zhuǎn)變的速度，即使和貝氏體轉(zhuǎn)變的速度，即使C曲線右移，但對曲線右移，但對C曲線的形曲線的形狀影響不大，仍呈現(xiàn)與碳鋼相似的單一狀影響不大，仍呈現(xiàn)與碳鋼相似的單一“鼻子鼻子”。（2）碳化物形成元素，主要有鉻、鉬、鎢、釩、鈦等。這）碳化物形成元素，主要有鉻、鉬、鎢、釩、鈦等。這類元素如溶入奧氏體中也將不同程度地降低珠光體轉(zhuǎn)變和貝類元素如溶入奧氏體中也將不同程度地降低珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變的速度；同時還使珠光體轉(zhuǎn)變氏體轉(zhuǎn)變的速度；同時還使珠光體轉(zhuǎn)變C曲線移向高溫和貝曲線移向高溫和貝氏體轉(zhuǎn)變氏體轉(zhuǎn)變C曲線移向低溫。當(dāng)鋼中這類元素含量較高時，將曲線移向低溫。當(dāng)鋼中這類元素含量較高時，將使上述兩種轉(zhuǎn)變的

14、使上述兩種轉(zhuǎn)變的C曲線彼此分離，使曲線彼此分離，使IT圖出現(xiàn)雙圖出現(xiàn)雙C曲線的曲線的特征。這樣，在珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間就出特征。這樣，在珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍之間就出現(xiàn)了一個過冷奧氏體的高度穩(wěn)定區(qū)?，F(xiàn)了一個過冷奧氏體的高度穩(wěn)定區(qū)。鈷：鈷：使等溫轉(zhuǎn)變的開始線和終了線都左移，即縮短孕育期，使等溫轉(zhuǎn)變的開始線和終了線都左移，即縮短孕育期，但不改變但不改變C C曲線的形狀。曲線的形狀。鎳：鎳：不改變不改變C C曲線的形狀，但能顯若提高過冷奧氏體的穩(wěn)曲線的形狀，但能顯若提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，延長孕育期，并使鼻子略向下移。定性，延長孕育期，并使鼻子略向下移。錳：錳：錳為弱碳化物形成

15、元素，其作用與鎳相似，使錳為弱碳化物形成元素，其作用與鎳相似，使C C曲線曲線右移但不改變其形狀，錳使右移但不改變其形狀，錳使C C曲線右移的作用大于鎳。曲線右移的作用大于鎳。鉻：鉻：鉻能顯著提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，并且使鉻能顯著提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，并且使C C曲線形狀曲線形狀改變。使轉(zhuǎn)變孕育期延長，使珠光體轉(zhuǎn)變改變。使轉(zhuǎn)變孕育期延長，使珠光體轉(zhuǎn)變C C曲線向高溫方向移曲線向高溫方向移動，而貝氏體轉(zhuǎn)變動，而貝氏體轉(zhuǎn)變C C曲線向低溫方向移動；當(dāng)鉻含量較高時曲線向低溫方向移動；當(dāng)鉻含量較高時( (如超過如超過3 3) )，可使兩曲線完全分離；鉻對貝氏體轉(zhuǎn)變的推遲，可使兩曲線完全分離；鉻對貝氏

16、體轉(zhuǎn)變的推遲作用大于對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用。作用大于對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用。( (二二) A) A晶粒尺寸的影響（加熱溫度作保溫時間的影響）晶粒尺寸的影響（加熱溫度作保溫時間的影響）晶粒越細(xì)：晶粒越細(xì)：C C曲線左移（曲線左移（A A分解的晶核數(shù)增多，分解的晶核數(shù)增多，P P易于形核）易于形核）晶粒越粗：晶粒越粗：C C曲線右移；曲線右移；成分越均勻：成分越均勻：A A分解的晶核數(shù)量減少，新相形核及長大過程分解的晶核數(shù)量減少，新相形核及長大過程中所需擴(kuò)散時間就越長，故中所需擴(kuò)散時間就越長，故C C曲線右移。曲線右移。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖類型過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖類型 根據(jù)根據(jù)C C曲線的形狀以及

17、曲線的形狀以及P P、B B、M M轉(zhuǎn)變區(qū)相互位置的不轉(zhuǎn)變區(qū)相互位置的不同，在同，在MsMs點溫度以上時的點溫度以上時的C C曲線大致可歸納為以下幾種曲線大致可歸納為以下幾種類型類型a a）是一種最簡單的）是一種最簡單的ITIT圖。它是圖。它是P P轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)變與B B轉(zhuǎn)變曲線重迭的圖。轉(zhuǎn)變曲線重迭的圖。b b）轉(zhuǎn)變開始曲線與）轉(zhuǎn)變開始曲線與a)a)相同，但轉(zhuǎn)變終了曲線向右側(cè)凹陷，出相同，但轉(zhuǎn)變終了曲線向右側(cè)凹陷，出 現(xiàn)兩個鼻子?，F(xiàn)兩個鼻子。c c）轉(zhuǎn)變開始曲線與轉(zhuǎn)變終了曲線都出現(xiàn)了兩個鼻子，但終了轉(zhuǎn)變開始曲線與轉(zhuǎn)變終了曲線都出現(xiàn)了兩個鼻子，但終了 線是兩條線是兩條C C曲線。曲線。d d）是兩

18、線組獨立的是兩線組獨立的C C曲線，分別是高溫轉(zhuǎn)變（曲線，分別是高溫轉(zhuǎn)變（APAP）和中溫轉(zhuǎn)）和中溫轉(zhuǎn) 變（變（ABAB）4 4、ITIT圖的應(yīng)用圖的應(yīng)用1.是制定鋼材熱處理工藝規(guī)范的基本依據(jù)之一：是制定鋼材熱處理工藝規(guī)范的基本依據(jù)之一： 大致估計出工件在某種冷卻介質(zhì)中冷卻得大致估計出工件在某種冷卻介質(zhì)中冷卻得到的組織；到的組織； 制定等溫淬火和分散淬火的工藝；制定等溫淬火和分散淬火的工藝； 估計鋼接受淬火的能力。估計鋼接受淬火的能力。2 實際熱處理中采用連續(xù)冷卻，其轉(zhuǎn)變規(guī)律實際熱處理中采用連續(xù)冷卻，其轉(zhuǎn)變規(guī)律與等溫冷卻有相當(dāng)大的差異。與等溫冷卻有相當(dāng)大的差異。 因此，因此，IT圖只能對連續(xù)冷

19、卻的熱處理工藝圖只能對連續(xù)冷卻的熱處理工藝提供提供，它的直接應(yīng)用受到很大的限，它的直接應(yīng)用受到很大的限制。制。三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 IT圖的主要反映了過冷圖的主要反映了過冷A等溫轉(zhuǎn)變的規(guī)等溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律，主要用于研究相變機理、律，主要用于研究相變機理、 組織形態(tài)等。在一般熱處理生產(chǎn)中，多組織形態(tài)等。在一般熱處理生產(chǎn)中，多為連續(xù)冷卻，所以難以直接應(yīng)用，為連續(xù)冷卻，所以難以直接應(yīng)用，CCT圖圖（連續(xù)轉(zhuǎn)變圖，（連續(xù)轉(zhuǎn)變圖，Continuous-Cooling-Transformation）能比較接近實際熱處）能比較接近實際熱處理冷卻條件，應(yīng)用更方便有效。理冷卻條

20、件，應(yīng)用更方便有效。（一）共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（一）共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖 PS：P開始轉(zhuǎn)變線開始轉(zhuǎn)變線； Pf：P轉(zhuǎn)變結(jié)束線；轉(zhuǎn)變結(jié)束線； K:K: 是是P P轉(zhuǎn)變終止線；轉(zhuǎn)變終止線；V VK K: : 上臨界冷卻速度，它是得到全部上臨界冷卻速度，它是得到全部M M組織的最小冷卻速度。組織的最小冷卻速度。V VK K越越 小，鋼件在淬火時越易得到小，鋼件在淬火時越易得到M M組織，淬硬性越好。組織，淬硬性越好。V VKK: :下臨界冷卻速度，它是得到全部下臨界冷卻速度，它是得到全部P P組織的最大冷卻速度。組織的最大冷卻速度。V VKK 越越 小，退火所需的時間就越長。小，退火所需的時

21、間就越長。 （二）用途：（二）用途： 如果我們知道了某鋼中的如果我們知道了某鋼中的CTCT曲線，我們就能利用它估曲線，我們就能利用它估計某連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度范圍、轉(zhuǎn)變所需時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物計某連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的溫度范圍、轉(zhuǎn)變所需時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其性能。及其性能。1 1）預(yù)測熱處理后零件的組織及性能）預(yù)測熱處理后零件的組織及性能2 2）確定臨界冷卻速度）確定臨界冷卻速度V VK K 用于選材、選淬火介質(zhì)的重要參數(shù)之一。用于選材、選淬火介質(zhì)的重要參數(shù)之一。3 3）選擇淬火介質(zhì)）選擇淬火介質(zhì) 當(dāng)當(dāng)CCTCCT鼻子處孕育期為鼻子處孕育期為2S2S時，時，2525零件水淬可淬硬；零件水淬可淬硬； 當(dāng)當(dāng)CCTCC

22、T鼻子處孕育期為鼻子處孕育期為5 510S10S時，時，2525零件油淬可淬硬；零件油淬可淬硬； 當(dāng)當(dāng)CCTCCT鼻子處孕育期為鼻子處孕育期為100S100S時，時，2525零件空氣中即可淬硬；零件空氣中即可淬硬； （三）（三） IT IT 曲線與曲線與CTCT曲線的比較曲線的比較1.1.用途用途 ITIT：僅能粗略地、定性地估計在連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變情況。：僅能粗略地、定性地估計在連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變情況。 CTCT：能較準(zhǔn)確地用來作為制定、分析熱處理工藝的依據(jù)。：能較準(zhǔn)確地用來作為制定、分析熱處理工藝的依據(jù)。 2.2.位置位置：CTCT在在ITIT的右下方，即的右下方，即CTCT的過冷度、孕育期較