1、第二部分 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,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,1、什么是過冷奧氏體？,如果將奧氏體狀態(tài)的鋼冷卻到A1溫度以下，由于在此溫度下奧氏體的自由能比鐵素體與滲碳體兩相混合物的自由能高，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此奧氏體將發(fā)生分解，向珠光體或其它組織轉(zhuǎn)變，在臨界溫度A1以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過冷奧氏體。,一、引言,2、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。FeFe3C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(chǎn)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

2、轉(zhuǎn)變規(guī)律，對熱處理生產(chǎn)指導(dǎo)意義更直接。,3、熱處理生產(chǎn)中，奧氏體的冷卻方式,等溫冷卻,連續(xù)冷卻,奧氏體不同的冷卻方式示意圖,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)生不同的變化，導(dǎo)致性能上的差別。,由于Fe-Fe3C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，而熱處理過程中的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是對這個問題的補充，下面將進(jìn)行分別討論。,4、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線,為什么要研究過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖？,鋼加熱到A狀態(tài)，用不同的介質(zhì)，A在

3、不同的過冷度下轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（P、B、M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。 鋼的過冷A轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖是研究某一成分的鋼在過冷A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與溫度、時間的關(guān)系及其變化規(guī)律。,TTT曲線 Temperature-Time-Transformation IT曲線 Isothermal Transformation,CCT曲線 Continuous-Cooling-Transformation,二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線,1、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立,共析碳鋼IT圖,2、過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖的基本形式 結(jié)構(gòu): 1）A1是臨界點； 2）轉(zhuǎn)變開始線左方是過冷A區(qū)； 3）轉(zhuǎn)變

4、結(jié)束線右方是轉(zhuǎn)變結(jié)束區(qū)（P或B）； 4）兩線之間是轉(zhuǎn)變過渡區(qū)： AP轉(zhuǎn)變的AP區(qū)； AB轉(zhuǎn)變的AB區(qū)。,5）水平線Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，其下方為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。這是一幅比較簡單的過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖。,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；,在鼻尖處：孕育期最短，此時A最不穩(wěn)定，是轉(zhuǎn)變速度的 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(jié)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

5、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。,2）過冷A在不同溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物各不相同 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(zhuǎn)變產(chǎn)物如圖所示：,P轉(zhuǎn)變區(qū)域（高溫轉(zhuǎn)變） 從A1550范圍內(nèi)，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(xì)，按片層的粗細(xì)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）,對T8而言，對應(yīng)溫度的相變組織和性能： A1650： AP 硬度 HRC3211 650600：AS 硬度HRC3238（屬Fe、C原子的擴散型轉(zhuǎn)變） 600550：AT 硬度HRC3240,貝

6、氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（中溫轉(zhuǎn)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。,對T8而言： B上形成溫度T：550350 硬度HRC6045 B下形成溫度T：350240 硬度HRC4555,馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域（低溫轉(zhuǎn)變） 溫度范圍：MsMf 對T8而言： M轉(zhuǎn)變區(qū)域約在24050。 隨著T,M%量，但即使再低，也不是所有A全部轉(zhuǎn)變 M，總有一部分保留在鋼中，稱殘余奧氏體A。,3、影響過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖形狀的因素 臨界點位置不同； P、B轉(zhuǎn)變的C曲線位置不同； Ms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

7、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。,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。 如果未溶入奧氏體，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)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，使C線左移。,根據(jù)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(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)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(xiàn)與碳鋼相似的單一“鼻子”。,（2）碳化物形成元素，

8、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，將使上述兩種轉(zhuǎn)變的C曲線彼此分離，使IT圖出現(xiàn)雙C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現(xiàn)了一個過冷奧氏體的高度穩(wěn)定區(qū)。,鈷：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C曲線的形狀。 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。 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。,鉻：鉻能顯

9、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(zhuǎn)變孕育期延長，使珠光體轉(zhuǎn)變C曲線向高溫方向移動，而貝氏體轉(zhuǎn)變C曲線向低溫方向移動；當(dāng)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(zhuǎn)變的推遲作用大于對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用。,(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(xì)：C曲線左移（A分解的晶核數(shù)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(shù)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。,過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖類型 根據(jù)C曲線的形狀以及P、B、M轉(zhuǎn)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,a）是一種

10、最簡單的IT圖。它是P轉(zhuǎn)變與B轉(zhuǎn)變曲線重迭的圖。 b）轉(zhuǎn)變開始曲線與a)相同，但轉(zhuǎn)變終了曲線向右側(cè)凹陷，出 現(xiàn)兩個鼻子。 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 線是兩條C曲線。 d）是兩線組獨立的C曲線，分別是高溫轉(zhuǎn)變（AP）和中溫轉(zhuǎn) 變（AB）,4、IT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： 大致估計出工件在某種冷卻介質(zhì)中冷卻得到的組織； 制定等溫淬火和分散淬火的工藝； 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)律與等溫冷卻有相當(dāng)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(shù)據(jù)，它的直接應(yīng)用受到很大的限制。,三、過冷奧氏體連

11、續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,IT圖的主要反映了過冷A等溫轉(zhuǎn)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(chǎn)中，多為連續(xù)冷卻，所以難以直接應(yīng)用，CCT圖（連續(xù)轉(zhuǎn)變圖，Continuous-Cooling-Transformation）能比較接近實際熱處理冷卻條件，應(yīng)用更方便有效。,（一）共析碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖 PS：P開始轉(zhuǎn)變線； Pf：P轉(zhuǎn)變結(jié)束線；,K: 是P轉(zhuǎn)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。,（二）用途：

12、 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(zhuǎn)變的溫度范圍、轉(zhuǎn)變所需時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其性能。 1）預(yù)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(zhì)的重要參數(shù)之一。,3）選擇淬火介質(zhì) 當(dāng)CCT鼻子處孕育期為2S時，25零件水淬可淬硬； 當(dāng)CCT鼻子處孕育期為510S時，25零件油淬可淬硬； 當(dāng)CCT鼻子處孕育期為100S時，25零件空氣中即可淬硬；,（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(zhuǎn)變情況。 CT：能較準(zhǔn)確地用來作為制定、分析熱處理工藝的依據(jù)。 2.位置：CT在IT的右下方，即CT的過冷度、孕育期較IT大,13mm鋼板：油冷。按照等溫轉(zhuǎn)變圖，應(yīng)在690開始轉(zhuǎn)變，640結(jié)束，但實際上是660開始轉(zhuǎn)變，590結(jié)束； 11mm：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(yīng)用CT曲線更符合實際情況。,含0.84%碳鋼CT圖與IT圖,3）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 IT轉(zhuǎn)變是在一個溫度進(jìn)行的，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型是一種。 CT轉(zhuǎn)變是在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)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(zhuǎn)變的與后期轉(zhuǎn)變的因溫度不同，所得的組織粗細(xì)不同，如PST；B上B下。,4）CT與IT圖本質(zhì)上還是一致的，只不過用