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1、凝固理论与固态相变凝固理论与固态相变 Solidification Theory and Phase Transformations in Solids南京航空航天大学南京航空航天大学材料科学与技术学院材料科学与技术学院缪强缪强第十九章第十九章 过冷奥氏体冷却转变图过冷奥氏体冷却转变图前前 言言冷却方式有两种：冷却方式有两种：等等温温冷冷却却：将将钢钢迅迅速速过过冷冷到到临临界界点点(Ar1)以以下下某某一一温温度度，并并保保持持在在该该温温度下进行组织转变。度下进行组织转变。连连续续冷冷却却：将将钢钢以以某某一一固固定定速速度度不不停停顿顿地地冷冷却却到到室室温温，使使奥奥氏氏体体在在连连续
2、降温的过程种转变。续降温的过程种转变。1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却本章学习的意义：本章学习的意义：前前 言言p钢件热处理后的性能很大程度取决于冷却时奥氏体钢件热处理后的性能很大程度取决于冷却时奥氏体转变产物类型和形态。转变产物类型和形态。p转变温度、冷却速度不同，奥氏体将按不同机制转转变温度、冷却速度不同，奥氏体将按不同机制转变为不同组织变为不同组织珠光体、贝氏体、马氏体等。珠光体、贝氏体、马氏体等。p研究不同冷却条件下钢的奥氏体组织转变规律对于研究不同冷却条件下钢的奥氏体组织转变规律对于正确制订热处理工艺、合理选材、判别各种非平衡正确制订热处理工艺、合理选材、判别各种非平衡组织乃至研
3、制新材料都具有十分重要的意义。组织乃至研制新材料都具有十分重要的意义。前前 言言本章学习重点：本章学习重点：p过冷奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义，各温过冷奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义，各温度区域内奥氏体转变产物度区域内奥氏体转变产物；p过冷奥低体连续冷却转变曲线的特点过冷奥低体连续冷却转变曲线的特点；p影响过冷奥氏体转变曲线的因素；影响过冷奥氏体转变曲线的因素；本章学习难点：本章学习难点：p影响过冷奥氏体转变曲线的因素；影响过冷奥氏体转变曲线的因素；p冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响。冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线
4、TTT图图第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图p过冷奥氏体等温转变过冷奥氏体等温转变曲线曲线是表示奥氏体急是表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以下在各不同下在各不同温度温度下的下的保温过程中保温过程中转变量转变量与与转变时间转变时间的关系曲线。的关系曲线。共析钢共析钢 C C 曲线曲线TTTTime-Temperature-TransformationITIsothermal Transformation第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 因其形状呈因其形状呈“C”形，形，过冷奥氏体等温转变曲过冷奥氏体等温转变曲线
5、线又称又称C 曲线曲线、TTT曲线曲线或或IT曲线曲线。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立p测定方法测定方法：金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、：金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法。热分析法。p测定原理测定原理：利用：利用过冷奥氏体转变产物的组织形态过冷奥氏体转变产物的组织形态和物理性能变化测定。和物理性能变化测定。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1、金相法、金相法 试样制备：试样制备：试样制备：试样制备：将钢材加工成尺寸为将钢材加工成尺寸为101.5mm的
6、圆片试样，的圆片试样，分成若干组，每组分成若干组，每组510个个。取若干组试样加热并充取若干组试样加热并充分分奥氏体化。奥氏体化。将试样将试样分组淬入分组淬入低于低于A1点的点的不同温度的盐浴不同温度的盐浴中，中，保温一定时间。保温一定时间。将试样逐个淬入水中，将试样逐个淬入水中，使未转变奥氏体转变为使未转变奥氏体转变为马氏体，故马氏体量即马氏体，故马氏体量即为未转变奥氏体量。为未转变奥氏体量。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图t1t3t2t3(a)(b)100806040200温度温度 时间时间 转变量转变量/%t1t2t3t4Ms第一节第一节 过冷奥氏体等
7、温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图用金相法用金相法测定测定每个试每个试样的样的转变量转变量，确定各，确定各温度下转变量与转变温度下转变量与转变时间的关系。时间的关系。将各温度下转变开始将各温度下转变开始时间及终了时间标在时间及终了时间标在温度温度时间坐标时间坐标中，中，并分别连线。并分别连线。5506502s10s5s2s5s10s30s40s第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图p一般将奥氏体转变一般将奥氏体转变量为量为13%所用的时所用的时间定为间定为转变开始时转变开始时间间，而把转变量为，而把转变量为98%所需的时间定所需的时间定为为转变终了时间转变
8、终了时间。pMs点与点与Mf点常通过点常通过磁性法或膨胀法来磁性法或膨胀法来测定。测定。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 金相法的优点金相法的优点是可以直接分析显微组织的是可以直接分析显微组织的变化，但是需要大量的试样（通常约变化，但是需要大量的试样（通常约200个），个），金相分析操作者必须具备丰富的鉴别显微组织金相分析操作者必须具备丰富的鉴别显微组织的经验。的经验。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图2、膨胀法、膨胀法 是利用过冷奥氏体转变时发生的比容变化来是利用过冷奥氏体转变时发生的比容变化来测定转变曲线的。测定转变曲线
9、的。优点优点：每测一个温度的等温转变只需一个试样，：每测一个温度的等温转变只需一个试样，适合于确定不同转变量所需的时间。适合于确定不同转变量所需的时间。缺点：所用小试样（通常为缺点：所用小试样（通常为353050mm的圆柱）的圆柱）测定的转变百分数准确性不高。测定的转变百分数准确性不高。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图3、电阻法、电阻法 利用过冷利用过冷奥氏体转变时奥氏体转变时出现的电阻变出现的电阻变化来表征珠光化来表征珠光体或贝氏体等体或贝氏体等温转变。温转变。奥氏体奥氏体试样进入等温浴槽试样进入等温浴槽孕育期孕育期0 T始始T终终时间时间电阻值电阻值典型
10、的等温转变电阻典型的等温转变电阻-时间曲线时间曲线第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 然而，电阻变化值并是转变体积的简单函然而，电阻变化值并是转变体积的简单函数，其它因素对电阻值也有影响，因此数，其它因素对电阻值也有影响，因此电阻法电阻法的测量精度有限，以至于目前电阻法用得不多。的测量精度有限，以至于目前电阻法用得不多。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图4、磁性法、磁性法 奥氏体是顺磁性的，而其它转变产物在居里奥氏体是顺磁性的，而其它转变产物在居里温度点以下均是铁磁性的，磁性法就是利用转温度点以下均是铁磁性的，磁性法就是利用转
11、变时所伴有的磁性变化来测定转变曲线的。变时所伴有的磁性变化来测定转变曲线的。二、过冷奥氏体等温转变曲线的分析二、过冷奥氏体等温转变曲线的分析第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 过冷奥氏体过冷奥氏体：如果将奥氏体状态的钢冷却：如果将奥氏体状态的钢冷却至至A1温度以下，此时奥氏体的自由能比铁素体温度以下，此时奥氏体的自由能比铁素体与渗碳体两相混合物的总自由能还高，处于热与渗碳体两相混合物的总自由能还高，处于热力学不稳定状态，有发生分解、向珠光体或其力学不稳定状态，有发生分解、向珠光体或其它组织转变的趋势。因此，将低于临界温度它组织转变的趋势。因此，将低于临界温度A
12、1下处于不稳定状态的奥氏体称过冷奥氏体。下处于不稳定状态的奥氏体称过冷奥氏体。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图温温度度时间时间A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体p水平线水平线A1表示钢的临界表示钢的临界温度，温度，A1以上是奥氏体以上是奥氏体的稳定区。的稳定区。p转变开始点的连线称转变开始点的连线称转转变开始线变开始线，转变终了点，转变终了点的连线称的连线称转变终了线转变终了线。pA1-Ms 间及转变开始线间及转变开始线以左的区域为以左的区域为过冷奥氏过冷奥氏体区体区。奥氏体稳定区奥氏体稳定区第一节第
13、一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图p转变开始线与纵坐标转变开始线与纵坐标之间的距离称转变之间的距离称转变孕孕育期育期，它表征了过冷，它表征了过冷奥氏体稳定性的高低。奥氏体稳定性的高低。p转变终了线以右及转变终了线以右及Mf以下为以下为转变产物区转变产物区。p两线之间及两线之间及Ms与与Mf之之间为间为转变区转变区。时间时间温温度度A1MSMfAPBMAMABAP转变区转变区转变产物区转变产物区转变产物区转变产物区孕育期孕育期奥氏体稳定区奥氏体稳定区第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 孕育期孕育期最小处称最小处称C 曲线的曲线的“鼻鼻尖
14、尖”。共析。共析钢为钢为550。转变速度转变速度转变温度转变温度0DA1G第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 过冷奥氏体等温过冷奥氏体等温转变的孕育期、转变转变的孕育期、转变速度与转变温度之间速度与转变温度之间具有极值的原因，是具有极值的原因，是因过冷奥氏体的稳定因过冷奥氏体的稳定性同时受两个因素所性同时受两个因素所控制：新、旧相自由控制：新、旧相自由能差能差G，原子扩散，原子扩散能力能力D。p在在鼻鼻尖尖以以上上,过过冷冷度度小小,相变驱动力相变驱动力G小小。p在在鼻鼻尖尖以以下下，温温度度较较低低，扩扩散散困困难难。从从而而使使奥奥氏氏体稳定性增加。体稳定
15、性增加。p高高温温下下，G 起起主主导导作作用用；低低温温下下D起起主主导导作作用。用。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图转变速度转变速度转变温度转变温度0DA1GpC曲曲线线明明确确表表示示了了过过冷冷奥奥氏氏体体在在不不同同温温度度下下的的等等温温转转变变产物产物。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多样，亚过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多样，亚共析钢和过共析钢共析钢和过共析钢C曲线的上部有曲线的上部有先共析相先共析相
16、析出线。析出线。三、过冷奥氏体等温转变曲线的基本类型三、过冷奥氏体等温转变曲线的基本类型第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 过冷奥氏体等温转变曲线的形状特征主要过冷奥氏体等温转变曲线的形状特征主要取决于珠光体、贝氏体和马氏体的转变曲线是取决于珠光体、贝氏体和马氏体的转变曲线是重叠还是明显分离的，以及这些曲线与纵坐标重叠还是明显分离的，以及这些曲线与纵坐标轴的相对位置。轴的相对位置。Morral等人按上述考虑将等温转变图分成等人按上述考虑将等温转变图分成五种基本的类型。五种基本的类型。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1、A型型
17、TTT图图 珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体等等转转变变实实际际上上是是重重叠叠的的，具具有有单单一一的的“C”型型曲曲线线，各各种种亚亚共共析析碳碳钢钢及及非非碳碳化化物物形形成成元元素素（Si、Ni、Cu、1.5%Mn）的的低低合合金金钢钢具有具有A型型TTT图图。共析碳钢的共析碳钢的TTT图图1 10 102 103 1048007006005004003002001000时间时间/s温度温度/A1Ms+BPB+P37CrSi（0.36%C,1.65%Cr,1.10Si,0.40Mo）的）的TTT图图奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度8#第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT
18、图图2、B型型TTT图图 珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体等等转转变变部部分分重重叠叠，两两种种曲曲线线的的“鼻鼻尖尖”的的时时间间坐坐标标也也相相近近，但但温温度度坐坐标标不不同。同。GCr15（1.07%C,1.5%Cr）的）的TTT图图1 10 102 103 104 1058007006005004003002001000时间时间/s温度温度/A1Ms+P+BPB950奥氏体化奥氏体化第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体等等转转变变部部分分重重叠叠，但但“鼻鼻尖尖”的的时时间间、温温度坐标均不同。度坐标均不同。P转转变变曲曲线线
19、“鼻鼻尖尖”距距纵纵轴轴较较近近，含含少少量量碳碳化化物物形形成成元元素素的的过过共共析析钢钢，如如GCr15、9Cr2、CrWMn等等具具有该曲线。有该曲线。3、C型型TTT图图铬镍钼钢（铬镍钼钢（0.50%C,1.04%Cr,0.11%Mo,0.17Ni,0.80Mn）的）的TTT图图第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1 10 102 103 104 105 1069008007006005004003002001000时间时间/s温度温度/Ac1Ac3Ms+BPB+P850奥氏体化奥氏体化 B转转变变曲曲线线“鼻鼻尖尖”距距纵纵轴轴较较近近。含含少少量量
20、碳碳化化物物形形成成元元素素的的亚亚共共析析钢钢，如如20Cr,40CrMn,40Cr、35CrMo等等 具具 有有该类曲线。该类曲线。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1 10 102 103 104 1058007006005004003002001000时间时间/s温度温度/Ms+BP+P25%50%70%1150奥氏体化奥氏体化3Cr2W8（0.34%C,2.86%Cr,8.12%W,0.38%Mn,0.31%Si,0.17%V）的）的TTT图图4、D型型TTT图图 珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体转转变变曲曲线线完完全全分分离离，有有一一个个较较宽宽的的
21、间间隔隔（亚亚稳稳定定奥奥氏氏体体区区），且且珠珠光光体体转转变变曲曲线线右右移移。碳碳化化物物形形成成元元素素含含量量较较高高或或成成分分复复杂杂的的中中碳碳钢钢如如40Cr2Ni4,3Cr2W8,5CrNiMo。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1 10 102 103 104 1055004003002001000时间时间/s温度温度/Ms+B25%50%75%2%90%有有的的合合金金过过冷冷奥奥氏氏体体的的珠珠光光体体转转变变受受到到抑抑制制，在在等等温温时时间间不不长长的的情情况况下下，其其D型型等等温温转转变变图图中中无无珠珠光光体体转转变变曲曲
22、线线而而只只有有贝贝氏氏体体转转变变曲曲线线。如如18CrNiW,35Cr4NiMo。18CrNiW（0.18%C,1.5%Cr,4.38%Ni,0.8%W,0.31%Mn,0.19Si）的）的TTT图图第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图5、E型型TTT图图 与与 D型型 TTT图图不不同同的的在在于于是是贝贝氏氏体体转转变变曲曲线线右右移移。碳碳化化物物形形成成元元素素含含量量较较多多的的高高碳碳合合金金钢钢如如W18Cr4V,Cr5MoV,Cr12,Cr12MoV。Cr12（2.08%C,11.48%Cr,0.31Ni,0.35%Mn,0.28%Si）的）
23、的TTT图图1 10 102 103 104 105 10610009008007006005004003002001000时间时间/s温度温度/Ac1eAc1bA1KMs+BcemCem+PP50%B第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1 10 102 103 104 105 10610009008007006005004003002001000时间时间/s温度温度/Ac1eAc1bA1KMsCem+PP+Cem 有有的的合合金金过过冷冷奥奥氏氏体体的的贝贝氏氏体体转转变变受受到到极极大大抑抑制制，其其E型型等等温温转转变变图图中中无无贝贝氏氏体体转转变变曲曲
24、线线而而只只有有珠珠光光体体转转变变曲曲线线。如如 4Cr13,13Mn。4Cr13（0.44%C,13.2%Cr,0.3Si,0.35%Mn）的）的TTT图图四、影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素四、影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多样过冷奥氏体等温转变曲线的形状有多种多样，影响其形状和位置的因素很多，主要有钢的，影响其形状和位置的因素很多，主要有钢的化学成分、奥氏体的状态等。化学成分、奥氏体的状态等。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 1、含碳量的影响含碳
25、量的影响p共析钢共析钢的过冷奥氏体最稳定，的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。曲线最靠右。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。p亚共析钢亚共析钢：过冷奥氏体等温转变曲线中的铁素：过冷奥氏体等温转变曲线中的铁素体体-珠光体转变部分珠光体转变部分随随奥氏体中奥氏体中含碳量增加含碳量增加逐渐逐渐向右移向右移。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图p过共析钢过共析钢：过冷奥氏体等温转变曲线中的渗碳：过冷奥氏体等温转变曲线中的渗碳体体-珠光体转变部分珠光体转变部分随随奥氏体中奥氏体中含碳量增加含碳量增加逐渐逐渐向左移向左移。p贝氏体转变部分贝氏体转变部
26、分：都：都随随奥氏体中奥氏体中含碳量增加含碳量增加逐逐渐渐向右移向右移。pMs、Mf点点均均随随奥氏体中奥氏体中含碳量增加含碳量增加而而降低降低。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图2、合金元素的影响合金元素的影响 除除Co、Al（2.5%）外外，所所有有溶溶入入奥奥氏氏体体元元素素都都增增加加过过冷冷奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，使使过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线右右移移，并并使使Ms点点下降下降。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 其中其中pMo的影响最强，的影响最强，W、Mn的作用也较明显；的作用也较明显；p
27、Si、Al的影响较小；的影响较小；pCo降低过冷奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体等温降低过冷奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体等温转变曲线左移，转变曲线左移，Ms点降低。点降低。a.碳化物形成元素碳化物形成元素 主主要要有有Cr、Mo、W、V、Ti等等，溶溶入入奥奥氏氏体体中中除除了了不不同同程程度度降降低低珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体转转变变元元素素都都增增加加过过冷冷奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，使使过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变曲线变曲线右移右移，并使，并使Ms点下降点下降。其其中中有有些些合合金金元元素素升升高高珠珠光光体体转转变变温温度度范范围围，降降低低贝贝氏氏体体转转变变的的温温度度范
28、范围围，使使珠珠光光体体、贝贝氏氏体体两两种种转转变变的的温温度度范范围围相相互互分分离离，形形成成两两个个“鼻鼻子子”，中间出现一个奥氏体稳定区。，中间出现一个奥氏体稳定区。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图1 10 102 103 104 105800600400200时间时间/s温度温度t/2.2%Cr；4.2%Cr；8.2%Cr第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图Cr对对0.5%C钢过冷奥氏体等温转变曲线的影响钢过冷奥氏体等温转变曲线的影响第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 b.非碳化物
29、形成元素和弱碳化物形成元素非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素 主主要要有有Ni、Mn、Si、Cu、B等等，只只是是不不同同程程度度降降低低珠珠光光体体和和贝贝氏氏体体转转变变的的速速度度，使使过过冷冷奥奥氏氏体等温转变曲线体等温转变曲线右移右移，但，但不改变其形状不改变其形状。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 合合金金元元素素只只有有溶溶入入奥奥氏氏体体才才能能对对过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变产产生生重重要要影影响响，如如碳碳化化物物形形成成元元素素未未能能溶溶入入奥奥氏氏体体，不不但但不不会会增增加加过过冷冷奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，反反而而由
30、由于于存存在在未未溶溶碳碳化化物物而而起起到到非非均均匀匀晶晶核核的的作作用，使过冷奥氏体等温转变曲线用，使过冷奥氏体等温转变曲线左移左移。如如果果钢钢中中同同时时含含有有几几种种合合金金元元素素，其其综综合合作作用用要比单一合金元素的要比单一合金元素的作用复杂作用复杂。应当强调应当强调第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图C V Mo Cr Si W CoNiAl CoC Mn Cr V Ni Mo W Cu A3Ms时间时间温度温度A1Al CoCoB C V Mo W Cr Mn Si Ni
31、Mn Si AlB Mo V W Cr Mn Si NiNi Mn CuCr Mo W V Mn Ni SiCr Mo W C Si Ni Mn BCu 碳碳及及合合金金元元素素对对过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线的的影影响响概概括括示意图如右。示意图如右。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图3、奥氏体状态的影响奥氏体状态的影响 奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小：奥奥氏氏体体晶晶粒粒细细小小晶晶界界总总面面积积有有利利于于新新相相的的形形核核和和原原子子的的扩扩散散有有利利于于先先共共析析转转变变和和珠珠光光体体转转变变使使珠珠光光体转变曲线体转变曲线左
32、移左移；奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度对贝氏体转变影响不大对贝氏体转变影响不大；奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大加加快快马马氏氏体体转转变变Ms点点。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图 奥奥氏氏体体的的均均匀匀度度对对过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线的位置也有影响。线的位置也有影响。奥奥氏氏体体成成分分越越均均匀匀奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性新新相相的的形形核核和和长长大大过过程程所所需需要要的的时时间间过过冷冷奥奥氏氏体等温转变曲线体等温转变曲线右移右移。4、原始组织、原始组织的影响的影响第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图
33、奥奥氏氏体体化化温温度度越越高高，保保温温时时间间越越长长，则则形形成成的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越粗粗大大，奥奥氏氏体体的的成成分分也也就就越越均均匀匀，从从而而增增加加奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，使使过过冷冷奥奥氏氏体等温转变曲线体等温转变曲线右移右移。反反之之，奥奥氏氏体体化化温温度度越越低低，保保温温时时间间越越短短，则则形形成成的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越细细小小，未未溶溶第第二二相相颗颗粒粒越越多多，从从而而降降低低奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性，使使过过冷冷奥奥氏氏体等温转变曲线体等温转变曲线左移左移。形形变变会会细细化化奥奥氏氏体体晶晶粒粒，或或增增加加奥奥氏氏体体的的亚亚结结
34、构构，因因此此，奥奥氏氏体体在在高高温温和和低低温温进进行行变变形形也也会会显显著著影影响响珠珠光光体体转转变变速速度度，一一般般说说来来，形形变变量量越越大大，奥奥氏氏体体向向珠珠光光体体转转变变速速度度越越快快，使使珠光体转变曲线珠光体转变曲线左左移移。第一节第一节 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线TTT图图5、形变、形变的影响的影响第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线反反映映过过冷冷奥奥氏氏体体在在等等温温条条件件下下的的转转变变规
35、规律律，可可以以用用来来指指导导等等温温淬淬火火、等等温温退退火火等等热热处处理理工工艺艺的的制制订订。但但是是实实际际的的热热处处理理常常常常是是在在连连续续冷冷却却条条件件下下进进行行的的，其其转转变变规规律律往往往往与与等等温温转转变变相相差差很很大大，它它是是在在一一个个温温度度范范围围内内发发生生的的转转变变，往往往往是是几几种种转转变变相重叠，转变产物往往是不均匀的混合组织。相重叠，转变产物往往是不均匀的混合组织。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 过过冷冷奥奥氏氏体体连连续续转转变变曲曲线线（CCT图图）反反映映过过冷冷奥奥氏氏体体在在连连续续冷
36、冷却却条条件件下下的的转转变变规规律律，是是分分析析转转变变产产物物的的组组织织与与性性能能的的依依据据，也也是是制制订订热处理工艺的重要参考资料。热处理工艺的重要参考资料。CCT图图Continuous Cooling Transformation diagram第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPP第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图一、过冷奥氏体连续转变曲线的建立一、过冷奥氏体
37、连续转变曲线的建立实实验验方方法法：通通常常采采用用膨膨胀胀法法（用用快快速速膨膨胀胀仪仪测测量量相相变变时时比比容容的的变变化化）、金金相相法法和和热热分分析析法法来测定过冷奥氏体连续转变曲线（来测定过冷奥氏体连续转变曲线（CCT图图）。）。利利 用用 快快 速速 膨膨 胀胀 仪仪 测测 试试 的的 试试 样样 尺尺 寸寸 为为310mm，上上面面点点焊焊有有0.1mm的的Pt-Pt Rh温温差差电电偶偶且且与与温温度度-时时间间记记录录仪仪相相连连接接，以以记记录录热热分分析数据。析数据。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 将将试试样样在在真真空空下下感感
38、应应加加热热至至奥奥氏氏体体化化并并保保温温，在在程程序序控控制制冷冷却却条条件件下下连连续续冷冷却却，从从不不同同冷冷却却速速度度下下试试样样的的膨膨胀胀变变化化曲曲线线确确定定相相变变的的开开始始点点（转转变变量量1%）、终终了了点点（转转变变量量99%）所所对对应应的的温温度度和和时时间间，将将测测得得的的数数据据标标在在温温度度-时时间间坐坐标标中中，连连接有意义的点，便得到过冷奥氏体连续转变接有意义的点，便得到过冷奥氏体连续转变曲线。曲线。为为了了提提高高测测量量精精度度，常常配配合合使使用用金金相相法法和和热热分析法。分析法。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲
39、线CCT图图二、过冷奥氏体连续转变曲线分析二、过冷奥氏体连续转变曲线分析 共共析析钢钢的的过过冷冷奥奥氏氏体体连连续续转转变变曲曲线线最最简简单单，它它只只有有珠珠光光体体转转变变区区和和马马氏氏体体转转变变区区，没没有有贝贝氏氏体体转转变变区区，说说明明共共析析钢钢在在连连续续冷冷却却过过程程中中不不会发生贝氏体相变会发生贝氏体相变。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPPv1v2v3vcvc开开 始始 终了终了
40、中止中止 p左边为过冷奥氏体左边为过冷奥氏体转变转变开始线开始线；p右边为过冷奥氏体右边为过冷奥氏体转变转变终了线终了线；p下面连线为过冷奥下面连线为过冷奥氏体转变氏体转变中止线中止线。Ms和冷速线和冷速线vc以以下为下为马氏体转变区马氏体转变区。珠光体转变区珠光体转变区由三条由三条曲线构成：曲线构成：第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPPv1v2v3vcvcp过过冷冷奥奥氏氏体体以以v1速速度度冷冷却却：冷冷却却
41、曲曲线线与与珠珠光光体体转转变变开开始始线线相相交交时时，奥奥氏氏体体开开始始向向珠珠光光体体转转变变；与与珠珠光光体体转转变变终终了了线线相相交交时时，得得到到100%珠光体。珠光体。70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPPv1v2v3vcvc第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图p过过冷冷奥奥氏氏体体冷冷却却速速度度增增大大到到vc：转转变变过过程程与与v1时时相相同同，也也得得到到100%珠珠光光体体，但但转转变变开开始始与与终终了了温温度度降降低
42、低，转转变变区区间间增增大大，转转变变时时间间缩缩短短，得得到到的的珠珠光光体弥散度加大。体弥散度加大。70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPPv1v2v3vcvc第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图p过过冷冷奥奥氏氏体体以以v3速速度度冷冷却却：冷冷却却曲曲线线与与珠珠光光体体转转变变开开始始线线相相交交时时，发发生生珠珠光光体体转转变变；但但冷冷至至转转变变中中止止线线时时，则则珠珠光光体体转转变变停停止止；继继续续冷冷至至Ms点点以以下下，未未转
43、转变变奥奥氏氏体体发发生生马氏体转变。马氏体转变。室温组织？室温组织？70060050040030020010000.1 1 10 102 103 104 105时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图A1MsPPv1v2v3vcvcp过过冷冷奥奥氏氏体体冷冷却却速速度度大大于于vc：奥奥氏氏体体过过冷冷到到Ms点点以以下下发发生生马马氏氏体体转转变变，冷冷至至Mf点点转转变变终终止止，最最终终得得到到组组织织：马马氏体氏体+奥氏体奥氏体残余残余。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 以
44、以上上分分析析表表明明，vc、vc是是两两个个临临界界冷冷却却速速度。度。pvc过过冷冷奥奥氏氏体体在在连连续续冷冷却却过过程程中中不不发发生生分分解解，全全部部冷冷却却到到Ms点点以以下下发发生生马马氏氏体体转转变变的的最最小小小小冷冷却速度，称却速度，称上临界冷却速度上临界冷却速度或或临界淬火速度临界淬火速度。pvc过过冷冷奥奥氏氏体体全全部部得得到到珠珠光光体体的的最最大大冷冷却却速度，称为速度，称为下临界冷却速度下临界冷却速度。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图p亚亚共共析析钢钢的的CCT曲曲线线：与与共共析析钢钢的的CCT曲曲线线相相比比有有较较大大
45、差差异异：出出现现了了先先共共析析铁铁素素体体区区和和贝贝氏氏体体转转变变区区，Ms线线右右端端降降低低（先先共共析析铁铁素素体体析析出出和和贝贝氏氏体体转转变变使使周周围围奥奥氏氏体富碳所致）。体富碳所致）。亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 从从图图中中可可看看出出，随随冷冷却却速速度度的的加加快快，铁铁素素体体析析出出量量、珠珠光光体体转转变变量量及及贝贝氏氏体体转转变变量量先先增增后后减减，直直至至为为零零。马马氏氏体体的的转转变变量量则则越越来来越越多多，钢钢的的硬度也越来越高。硬度也越来越高。亚共析钢亚共析钢CCT曲线
46、曲线vcvc第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 p当冷却速度小于下临界速度当冷却速度小于下临界速度vc时，奥氏体只析时，奥氏体只析出铁素体和发生珠光体转变，不发生贝氏体转变出铁素体和发生珠光体转变，不发生贝氏体转变和马氏体转变。和马氏体转变。p当冷却速度上临界速度当冷却速度上临界速度vc时，过冷奥氏体只发时，过冷奥氏体只发生马氏体转变。生马氏体转变。p当冷却速度介于上临界速度当冷却速度介于上临界速度vc与与vc之间时，冷之间时，冷却曲线先后穿过四个区域，最后得到铁素体、珠却曲线先后穿过四个区域，最后得到铁素体、珠光体、贝氏体及马氏体的混合组织。光体、贝氏体及马
47、氏体的混合组织。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图p过过共共析析钢钢的的CCT曲曲线线：与与共共析析钢钢的的CCT曲曲线线很很相相似似，也也无无贝贝氏氏体体转转变变区区，不不同同之之处处：有有先先共共析析渗渗碳碳体体区区，Ms线线右右端端升升高高（先先共共析析渗渗碳碳体体析析出出使使周周围围奥奥氏氏体体贫贫碳所致）。碳所致）。过共析钢过共析钢CCT曲线曲线第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图 合合金金钢钢的的连连续续冷冷却却转转变变曲曲线线与与合合金金元元素素的的种类与数量有关，具体情况可查有关手册。种类与数量有关，具体情况可查
48、有关手册。总总体体上上看看，合合金金元元素素对对CCT图图的的影影响响规规律律与与TTT图基本相似。图基本相似。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图共析钢共析钢CCT曲线曲线三、三、CCT图与图与TTT图的对比图的对比以共析钢为例：以共析钢为例：pCCT曲线位于曲线位于TTT曲线曲线右下方右下方，表明在连续冷，表明在连续冷却转变过程中过冷奥氏却转变过程中过冷奥氏体转变温度低于等温转体转变温度低于等温转变，且变，且孕育期较长孕育期较长。其。其它钢种也有类似规律。它钢种也有类似规律。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图共析钢共析钢CC
49、T曲线曲线pTTT图的临界冷却速图的临界冷却速度为度为CCT图的图的1.5倍：倍：p等温转变的产物为单等温转变的产物为单一组织，而连续冷却一组织，而连续冷却转变的产物可能是混转变的产物可能是混合组织，可以把连续合组织，可以把连续转变看作无数个微小转变看作无数个微小等温转变的总和。等温转变的总和。v连连 v等等/1.5 第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图共析钢共析钢CCT曲线曲线p共共析析钢钢与与过过共共析析钢钢的的CCT图图无无贝贝氏氏体体转转变变而而TTT图图有有。这这是是由由于于奥奥氏氏体体的的碳碳浓浓度度高高，使使贝贝氏氏体体转转变变的的孕孕育育期期延延
50、长长，在在连连续续冷冷却却时时贝贝氏氏体体转转变变来来不不及及进进行行便便已已冷冷却却至室温。至室温。第二节第二节 过冷奥氏体连续转变曲线过冷奥氏体连续转变曲线CCT图图pCCT曲曲 线线 获获 得得 困困 难难，TTT曲线容易测得。曲线容易测得。p可可用用TTT曲曲线线定定性性说说明明连连续续冷冷却却时时的的组组织织转转变变情情况况。方方法法是是将将CCT曲曲线线绘绘在在TTT曲曲线线上上，依依其其与与TTT 曲曲线线交交点点的的位位置来说明最终转变产物。置来说明最终转变产物。用用TTT曲线定性说明共析钢曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变连续冷却时的组织转变炉炉冷冷空空冷冷油油冷冷水水冷