第六章 钢的过冷奥氏体转变图.ppt

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1、1,第六章,钢的过冷奥氏体转变图,2,用来描述转变开始和转变终了时间、转变产物和转变量与温度、时间之间的关系曲线，称为过冷奥氏体等温转变曲图。（C曲线、TTT图、IT图） （一）过冷奥氏体等温转变图的建立 将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下的一定温度，进行等温，在等温过程中所发生的相变称为等温转变。 测量转变的方法很多，金相法、硬度法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。 通常用金相硬度法和膨胀法配合使用，利用过冷奥氏体转变产物的形态或物理性能的变化进行测定。,一、过冷奥氏体等温转变图,3,试样：1015mm，厚1.52mm，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

2、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。 等温转变：将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温浴炉中保温一系列时间。 淬火：将保温后的试样迅速取出淬入盐水中。 绘图：测出给定温度、时间下的转变产物类型、转变产物的百分数，并将结果绘制成曲线。,4,动画,5,（二）奥氏体等温转变图的特点开始线以左部分为过冷奥氏体区，转变终了线以右区域为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。 1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期。孕育期的长短随等温温度而变，鼻子点处的孕育最短，即，在此温度奥氏体最不稳定、最易分解。鼻子点的出现是因

3、为转变的形核及长大均受C原子及Fe原子扩散的控制。,6,2、在不同温度下等温具有不同的转变产物 （1）珠光体转变区A1550 内为P转变区，一般为片状，片间距离随温度降低而减小，屈服强度升高。 （2）贝氏体转变区鼻子温度MS为贝氏体转变区，分上贝氏体和下贝氏体区。贝氏体转变终了线以右不能得到单一的贝氏体组织，而是贝氏体+残余奥氏体。 （3）马氏体转变区MS以下为马氏体转变区，直到Mf。 （4）珠光体与贝氏体、贝氏体与马氏体可能重叠这样在某一温度等温，将得到P+B或B+M混合组织。,7,（三）奥氏体等温转变图的常见类型 1、碳钢的基本类型,只有一个鼻子点，即珠光体转变与贝氏体转变重叠，亚（过）共

4、析钢比共析钢多出一个F析出线和Cem析出线。,8,2、合金钢C曲线的常见类型归纳起来大体上可以分为六种类型。 （1）具有单一的C字形曲线，即P与B转变重叠（与碳素钢相似）。除碳钢以外，含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素（非碳化物形成元素）的钢均属此类。 （2）具有双C字形曲线，两个鼻子在时间轴上相近，在温度轴上不同，P与B部分重叠，如37CrSi具有这样的C曲线。,9,（3）、具有双C字形曲线，两个鼻子在时间和温度轴上都不相同，P与B部分重叠。 1）P转变曲线右移比较显著，20 Cr、40Cr、35CrMn2、40CrMn等。 2）B转变曲线右移较为显著，GCr15、9Cr2、CrMn、Cr

5、WMn等。,10,（4）P与B转变曲线完全分开 1）B转变曲线右移，Cr12、Cr12、VW18Cr4V等。 2）P转变曲线右移，5CrNiMo、3Cr2W8、35CrNi3Mo等。,11,（5）只有P转变区而无B转变区（4Cr13)或只有B转变区而无P转变区(18CrNiV)。 （6）只有一条碳化物析出线，无P和B转变区（奥氏体钢都具有这类曲线）。,12,13,（四）影响奥氏体等温转变图的因素 1、化学成分 （1）碳含量的影响 对珠光体部分：亚共析钢，随碳含量的增加C曲线右移。过共析钢，随碳含量的增加C曲线左移。 对贝氏体部分：随碳含量的增加C曲线总是右移的。 （2）合金元素的影响一般规律：

6、除Co、Al以外，常用的合金元素均增加过冷奥氏体的稳定性，推迟转变和降低转变速度，使等温转变曲线右移，延长过冷奥氏体转变开始和终了时间，对P和B转变有分离作用。Al的作用，对B转变与Co相同。,14,注意：合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用，否则将使奥氏体转变速度加快，C曲线左移。根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同，可以把合金元素分两类：第一类：非（弱）碳化物形成元素Mn、Ni、Cu、Si对过冷奥氏体的影响在性质上与C的作用相似，即减慢P和B的形成，降低Ms点。第二类：碳化物形成元素，其中大多数减慢F、P形成的作用大于减慢B形成的作用，同时也降低Ms点。,15,A、Cr的影响增加转变的孕

7、育期，使P转变部分和B转变部分分离，即P部分移向高温区，而B部分移向低温区，另外，对B转变的推迟作用大于对P转变的推迟作用。 B、Ni和Mn的影响Ni对C曲线的形状无影响，使整个曲线向右略下方移动，降低Ms点。Mn对高碳钢的C曲线的影响基本上与Ni相似，但推迟转变的作用大于Ni。Mn对转变终了线的推迟作用更显著，即降低了奥氏体向珠光体的转变速度。,16,C、Mo和W的影响Mo对P转变有显著的推迟作用，对B转变的影响较小，随Mo%的增加，P部分与B部分会分离，Mo降低Ms点。W的作用与Mo基本上是相似的，只是推迟B转变的作用比Mo要小，若要达到与Mo相同的程度，W的含量应高于Mo的一倍。 D、B

8、（硼）的影响B对C曲线有特殊的影响，含微量的B(0.0020.005%)就足以使F的析出和P转变显著推迟。B原子吸附在A晶界上，降低了晶界的界面能，从而降低了先共析F和P的成核率。如果B原子向A晶内扩散，使晶界上吸附的数量减少，将使B的作用明显下降。 E、Co的影响对C曲线的形状无影响，随Co%增加C曲线左移，Ms升高。,17,18,2、奥氏体晶粒尺寸的影响A晶粒愈细小，等温转变的孕育期愈短，加速过冷A向P的转变，对B转变有相同的作用，但不如对P的作用大，相反A晶粒粗大将C曲线右移。 3、原始组织、加热温度和保温时间的影响在相同的加热条件下，原始组织越细，越容易得到均匀的A，使等温转变曲线右移

9、，Ms降低。当原始组织相同时，提高A化温度，延长保温时间，将促进碳化物溶解，也会使C曲线右移。 4，塑性变形的影响无论高温和低温塑性变形，均加速过冷A的转变。原因：未经变形的A向P转变时仅在晶界形核，而变形后，过冷A在等温转变时，可出现晶内形核。,19,二、过冷奥氏体连续冷却转变图 TTT图反映的是过冷A等温转变的规律，可以用来指导热处理工艺的制定。 在实际热处理中，很多热处理工艺都是在连续冷却条件下进行的，如淬火、正火、退火等。 可以利用TTT图来分析连续冷却时过冷A的转变过程，但这种分析只能是粗略的估计，有时甚至可以得出错误的结果。 实际上在连续冷却时，过冷A是在一个温度范围内发生转变的，

10、所以人们很早就开始对过冷A在连续冷却条件下的转变形为，并试图用图形的方式来描述这一过程。连续冷却转变图通常称为CCT图（Continuous Cooling Transformation),20,（一）CCT图的建立测定CCT图一般说来是比较复杂的，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。试样为310mm ，在试样上焊上0.1mm的Pt-PtRh温差热电偶，用一组试样加热A化后，以不同的速度连续冷却，用快速膨胀仪，测量在冷却过程中试样长度的变化，找出转变开始和终了的温度和时间，及最终获得的硬度值。将不同冷却速度下的转变开始和终了点连接起来，即得到

11、了连续冷却转变曲线。,动画,21,22,23,24,(二)连续冷却转变图的特点及其与等温转变图的关系1、共析碳钢和过共析碳钢的连续冷却转变图，只有高温区的P转变和低温区的M转变，而无中温区的B转变，亚共析碳钢可以有B转变。亚共析钢和过共析钢有先共析相F和Cem析出线，由于先共析相的析出，可以改变A的C含量，从而使随后在低温区发生M转变的Ms发生相应的变化。2、合金钢的CCT图，可以有P转变无B转变或只有B转变无P转变等多种不同的情况，具体的情况由加入的合金元素种类和数量而定。3、在等温条件下合金元素推迟过冷A的等温转变，在连续冷却条件下，合金元素也降低过冷A的转变速度，使CCT曲线右移。,25

12、,4、A晶粒度对CCT图的影响规律是，A晶粒粗大CCT图移向右下方。5、连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方。这说明连续冷却转变的温度低，孕育期长。6、不论P转变，还是B转变的连续冷却转变曲线，都只有相当于C曲线的上半部分。7、连续冷却时，在一定的冷却条件下，A在高温区的转变不能完成，余下的A则在中温区及低温的M转变区继续转变，最终得到混合组织。由于在高温和中温区的转变，会改变余下A的C含量，从而使Ms发生相应的变化。,26,27,三、钢的临界冷却速度临界冷却速度：连续冷却时，在某几个特定的冷却速度下，所得到的组织将发生突变，这些冷却速度称为临界冷却速度。 （一）连续冷却图中的临界冷却速度

13、在实际生产中，为了使钢件在淬火后得到完全的M组织，应使A从淬火加热温度到Ms点的冷却过程中不发生分解。为此，钢件的冷却速度应大于某一临界值，此临界值称为临界淬火速度，一般又称为临界冷却速度，用Vc表示。实际上是获得100%M转变的最小的冷却速度。,28,29,30,(二)影响临界冷却速度的因素凡影响A稳定性、影响CCT曲线形状的因素均影响VC，使曲线右移的均降低VC，左移的均使VC提高。 1、碳含量低碳钢随C含量增加，VC显著降低，但在0.31.0%范围内，VC下降的不多。C%1.0%后，随C含量的增加， VC增高。 2、合金元素的影响除Co以外，大部分合金元素溶入A中，都增加A的稳定性，使V

14、C下降；若未溶入A中，以碳化物形式存在，则会使VC升高。,31,3、A晶粒度的影响随A晶粒尺寸增大， VC 减小，对受P转变制约的VC 影响较大，而对受B转变制约的VC 影响较小。 4、A化温度的影响A化温度升高，A的合金化程度增大，稳定性升高，从而使VC 降低。 5、A中非金属夹杂物和稳定碳化物硫化物、氧化物、氮化物及难溶的稳定碳化物，在A化时，能阻碍A晶粒的长大，促进非M组织的形成，使VC 增大。,32,（三）利用等温转变图估计临界冷却速度由于CCT图的测试较难，所以到目前为止还有许多钢的CCT图尚未建立，而TTT图较易建立，许多钢的TTT图已基本成型，因此研究应用TTT图估计VC是很有意

15、义的。,33,从纵轴由A1开始作冷却曲线与TTT图开始线相切，该冷却曲线所代表的冷却速度VC，可用下式描述：,考虑到CCT图位于TTT图的右下方，将上式修正，即得到近似的VC：,注意：只适用于VC决定抑制P转变的临界冷却速度的情况。,34,过冷奥氏体等温转变曲线 在连续冷却中的应用,v1-炉冷AP v2-空冷AS v3-油冷AT+M v4-水冷AM A/ vk-临界冷却速度vk,P,S,M,T,35,36,37,四、奥氏体图的应用 （一）TTT图的应用 1、分级淬火：表面和心部温度一致。,38,2、等温淬火：获得下贝氏体。,39,3、退火和等温退火：珠光体转变。,40,4、形变热处理 ：将形变强化和热处理强化结合。,41,42,作业,P 164 2，4，5,