鋼的過冷奧氏體轉變圖

關于鋼的過冷奧氏體轉變圖●過冷奧氏體連續(xù)轉變圖（CT）CT圖也稱

CCT圖（連續(xù)轉變圖，Continuous-Cooling-Fransformation）能比較接近實際熱處理冷卻條件，應用更方便有效。第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天1.鋼加熱到A狀態(tài)，用不同的介質，A在不同的過冷度下轉變的產物（P、B、M或它們的混合組織）的組織與性能有很大差別，導致鋼材最終性能的多種多樣。2.鋼的過冷A轉變動力學圖是研究某一成分的鋼在過冷A轉變產物與溫度、時間的關系及其變化規(guī)律。

為什么要研究過冷奧氏體轉變圖第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天3.奧氏體的冷卻條件分兩大類：1）平衡冷卻條件

特征：不考慮時間因素的極其緩慢的冷卻。Fe－Fe3C相圖就是這樣獲得的。2）非平衡冷卻條件

特征：受時間因素的影響在人們的生產實踐中，更多遇到的是非平衡冷卻條件的相變，掌握過冷A的非平衡冷卻條件下的轉變規(guī)律，對熱處理生產指導意義更直接。第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天●本章主要介紹過冷A等溫轉變圖和連續(xù)冷卻轉變圖及其內在聯(lián)系。這兩種動力學圖是制定熱處理工藝、選擇鋼材和預測熱處理后零件性能的重要理論依據之一。第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天一.IT圖的建立

●常用的方法有:①金相硬度法②膨脹法③磁性法④電阻法第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

●金相硬度法：

是最基本直觀和精確的方法，也是常用方法之一。它是將一組試樣（φ10～15mm，厚度1.5mm左右，數量5～10個）加熱奧氏體化→迅速冷卻到各個不同的等溫溫度（置于導熱性好的熔融金屬或鹽溶爐）→在每個溫度保溫（停留）不同時間后淬火（淬入鹽水中）→在500倍金相顯微鏡下觀察其分解產物和轉變量，當分解產物出現1～2％時，所對應的保溫就認為在該保溫溫度的轉變開始時間。當分解產物達98％時間為轉變終了時間。第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖1共析碳鋼IT曲線測試示意圖第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖1共析碳鋼IT圖第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

二、過冷A等溫轉變圖的基本形式

1.結構:1）A1是臨界點；2）轉變開始線左方是過冷A區(qū)；3）轉變結束線右方是轉變結束區(qū)（P或B）；4）兩線之間是轉變過渡區(qū)：

A→P轉變的A＋P區(qū)；

A→B轉變的A＋B區(qū)。5）水平線Ms為馬氏體轉變開始溫度，其下方為馬氏體轉變區(qū)。這是一幅比較簡單的過冷A等溫轉變圖。第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天2.特點：1）過冷A在不同溫度(T)的等溫分解時都有一個孕育期t,孕育期隨等溫溫度T的改變而改變。

●在鼻尖上部：孕育期隨T↑而延長；●在鼻尖下部：孕育期隨T↓而延長；第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天●在鼻尖處：孕育期最短，此時A最不穩(wěn)定，是轉變速度的極大值。這是由于隨著過冷度的增大，相變化學自由能差增大，而鐵、C原子的擴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果：●鼻尖以上：自由能△G起主要作用，相變受△G大小的制約●鼻尖以下：矛盾的主要方面是Fe、C原子擴散，即相變受

Fe、C原子擴散速度的制約。第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天2）過冷A在不同溫度范圍內的轉變產物各不相同

從圖6-1可見有三個相變區(qū)域:P相變區(qū)、B相變區(qū)和M相變區(qū)。以T8鋼為例，同溫度的轉變產物如圖2所示：第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖2T8鋼過冷奧氏體等溫轉變圖第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天①P轉變區(qū)域（高溫轉變）從A1～550℃范圍內，A等溫分解為片狀F＋片狀Fe3C的機械混合物，成為片狀組織。但隨著T↓，片狀越細，按片層的粗細分別珠光體型組織劃分為三類：珠光體（P）、索氏體（S）、屈氏體（T）第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天對T8而言，對應溫度的相變組織和性能：

A1～650℃：A→P硬度HRC32～11650～600℃：A→S硬度HRC32～38（屬Fe、C原子的擴散型轉變）

600～550℃：A→T硬度HRC32～40②貝氏體轉變區(qū)域（中溫轉變）溫度范圍：C曲線鼻尖溫度～Ms。

B是過飽和C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P不同。

第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天對T8而言：

B上形成溫度T：550～350℃硬度HRC60～45B下形成溫度T：350～240℃硬度HRC45～55③馬氏體轉變區(qū)域（低溫轉變）。溫度范圍：Ms～Mf對T8而言：

M轉變區(qū)域約在240～－50℃。隨著T↓,M%量↑，但即使T=Mz，也不是所有A全部轉變

M，總有一部分保留在鋼中，稱殘余奧氏體A′。第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天三.影響過冷A等溫轉變圖形狀的因素①臨界點位置不同；②P、B轉變的C曲線位置不同；③Ms不同。這些的主要影響因素有合金元素的影響、A晶粒尺寸的影響。(一)合金元素的影響1.碳的影響

●亞共析碳鋼：C%↑，C曲線向右移；●過共析C鋼：C%↑，C曲線向左移；

●共析鋼：使過冷A最穩(wěn)定，即其C曲線處于最右的位置。第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天2.除Co以外，所有溶入A后的合金元素都增大A穩(wěn)定性，使C曲線右移。如未溶入奧氏體，則出于存在未熔的碳化物或夾雜物，往往會起非自發(fā)晶核作用，從而促進過冷奧氏體的轉變，使C線左移。

第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

●根據合金元素對IT圖的影響，可將合金元素分為兩大類：（1）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變和貝氏體轉變的速度，即使C曲線右移，但對C曲線的形狀影響不大，仍呈現與碳鋼相似的單一“鼻子”。第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（2）碳化物形成元素，主要有鉻、鉬、鎢、釩、鈦等。這類元素如熔入奧氏體中也將不同程度地降低珠光體轉變和貝氏體轉變的速度；同時還使珠光體轉變C曲線移向高溫和貝氏體轉變C曲線移向低溫。當鋼中這類元素含量較高時，將使上述兩種轉變的C曲線彼此分離，使IT圖出現雙C曲線的特征。這樣，在珠光體轉變與貝氏體轉變溫度范圍之間就出現了一個過冷奧氏體的高度穩(wěn)定區(qū)，參見圖6-2（b）。第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（1）鈷：使等溫轉變的開始線和終了線都左移，即縮短孕育期，但不改變C曲線的形狀。（2）鎳：不改變C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。（3）錳：錳為弱碳化物形成元素，其作用與鎳相似，使C曲線右移但不改變其形狀，錳使C曲線右移的作用大于鎳。第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（4）鉻：鉻能顯著提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，并且使C曲線形狀改變。使轉變孕育期延長，使珠光體轉變C曲線向高溫方向移動，而貝氏體轉變C曲線向低溫方向移動；當鉻含量較高時(如超過3％)，可使兩曲線完全分離；鉻對貝氏體轉變的推遲作用大于對珠光體轉變的推遲作用。（5）鉬和鎢的影響：鉬對IT圖的影響見圖6-7，可以看出，鋁對珠光體轉變有強烈的抑制作用，但對貝氏體轉變則影響不顯著。第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(二)A晶粒尺寸的影響（加熱溫度作保溫時間的影響）●晶粒越細：C曲線左移（A分解的晶核數增多，P易于形核）●晶粒越粗：C曲線右移；●成分越均勻：A分解的晶核數量減少，新相形核及長大過程中所需擴散時間就越長，故C曲線右移。第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天3.過冷奧氏體等溫轉變圖類型（P156）根據C曲線的形狀以及P、B、M轉變區(qū)相互位置的不同，在Ms點溫度以上時的C曲線大致可歸納為以下幾種類型（圖3）第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖3四種類型IT圖

第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天a）是一種最簡單的IT圖。它是P轉變與B轉變曲線重迭的圖。b）轉變開始曲線與a)相同，但轉變終了曲線向右側凹陷，出現兩個鼻子。c）轉變開始曲線與轉變終了曲線都出現了兩個鼻子，但終了線是兩條C曲線。d）是兩線組獨立的C曲線，分別是高溫轉變（A→P）和中溫轉變（A→B）第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天●亞共析鋼和過共析鋼的C曲線（圖4）圖4亞共析鋼、共析鋼及過共析鋼的C曲線比較

第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天四.IT圖的應用1.是制定鋼材熱處理工藝規(guī)范的基本依據之一：①大致估計出工件在某種冷卻介質中冷卻得到的組織；②制定等溫淬火和分散淬火的工藝；③估計鋼接受淬火的能力。2實際熱處理中采用連續(xù)冷卻，其轉變規(guī)律與等溫冷卻有相當大的差異。因此，IT圖只能對連續(xù)冷卻的熱處理工藝提供定性數據，它的直接應用受到很大的限制。第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天五.過冷奧氏體連續(xù)轉變圖

IT圖的主要反映了過冷A等溫轉變的規(guī)律，主要用于研究相變機理、組織形態(tài)等。在一般熱處理生產中，多為連續(xù)冷卻，所以難以直接應用，CCT圖（連續(xù)轉變圖，Continuous、Cooling、Fransformation）能比較接近實際熱處理冷卻條件，應用更方便有效。

（一）共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉變圖(圖6)PS：P開始轉變線；PZ：P轉變結束線；第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖6共析碳鋼連續(xù)冷卻轉變圖

K:

是P轉變終止線；VK:

上臨界冷卻速度，它是得到全部M組織的最小冷卻速度。VK越小，鋼件在淬火時越易得到M組織，淬硬性越好。VK′:下臨界冷卻速度，它是得到全部P組織的最大冷卻速度。VK′

越小，退火所需的時間就越長。

第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天（二）用途：如果我們知道了某鋼中的CT曲線，我們就能利用它估計某連續(xù)冷卻轉變的溫度范圍、轉變所需時間、轉變產物及其性能。1.預測熱處理后零件的組織及性能2.確定臨界冷卻速度VK

用于選材、選淬火介質的重要參數之一。第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天3.選擇淬火介質當CCT鼻子處孕育期為2S時，φ25零件水淬可淬硬；當CCT鼻子處孕育期為5～10S時，φ25零件油淬可淬硬；當CCT鼻子處孕育期為＞100S時，φ25零件空氣中即可淬硬；第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

（三）IT曲線與CT曲線的比較1.用途

IT：僅能粗略地、定性地估計在連續(xù)冷卻時的轉變情況。

CT：能較準確地用來作為制定、分析熱處理工藝的依據。2.位置：CT在IT的右下方，即CT的過冷度、孕育期較IT大第37頁,共49頁，2024年2月25日，星期天圖7含0.84%碳鋼CT圖與IT圖圖840Cr鋼IT圖(虛線)與CT圖

①13mm鋼板：油冷。按照等溫轉變圖，應在690℃開始轉變，640℃結束，但實際上是660℃開始轉變，590℃結束；②11mm：水冷,按照等溫圖可得部分P型組織，但實際上能得全部M.,可見應用CT曲線更符合實際情況。圖8為45Cr等溫轉變圖（IT）和CT圖的比較.第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共49頁，2024年2月25日，星期天3.轉變產物

IT轉變是在一個溫度進行的，其轉變產物類型是一種。

CT轉變是在一個溫度范圍內進行的，其轉變產物類型可能不止一種，有時是幾種類型組織的混合。即使是同一種類型的組織，也由于先期轉變的與后期轉變的因溫度不同，所得的組織粗細不同，如P→S→T；B上→B下。第40頁,