1、,熱處理C曲線(實用課件),2020-12-24,2,過冷奧氏體轉變動力學圖,2020-12-24,3,過冷A在非平衡條件下冷卻，可有如圖的幾種形式： 其中： (a) dT/d= 0，為等溫冷卻； (b) dT/d= C，為連續冷卻； (c) dT/d= f()，為實際冷卻,第一節 過冷奧氏體等溫轉變動力學圖,2020-12-24,4,過冷奧氏體等溫轉變曲線又稱TTT圖、IT圖或C曲線。綜合反映了過冷奧氏體在冷卻時的等溫轉變溫度、等溫時間和轉變量之間的關系（即反映了過冷奧氏體在不同的過冷度下等溫轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產物類型、轉變量與等溫溫度、等溫時間的關系）。 TTTTemp

2、erature Time Transformation ITIsothermal Transformation,2020-12-24,5,一、過冷A等溫轉變動力學圖的基本形式,（一）共析鋼的C曲線分析 1.線、區的意義 線：縱坐標為溫度，橫坐標為時間，臨界點A1線，MS線，Mf線，轉變開始線，轉變終了線。 區：A1以上為穩定A區，過冷A區，過冷A等溫轉變區（AP、AB），轉變產物區（P、B）， M形成區（AM）、M轉變產物區（M或M+Ar） 孕育期最短的部位，即轉變開始線的突出部分，稱為鼻子。,2020-12-24,6,共析碳鋼 TTT 曲線的分析,穩定的奧氏體區,過冷奧氏體區,A向產 物轉變

3、開始線,A向產物 轉變終止線,A + 產 物 區,產物區,A1550;高溫轉變區; 擴散型轉變;P 轉變區。,550230;中溫轉變 區;半擴散型轉變; 貝氏體( B ) 轉變區;,230 - 50;低溫轉 變區;非擴散型轉變; 馬氏體 ( M ) 轉變區。,說明：在中部區域P轉變區和B轉變區可能重疊，得到P和B的混合組織；在下部區域M轉變和B轉變可能重疊，得到M和B的混合組織；,2020-12-24,7,3.共析鋼的過冷奧氏體等溫轉變動力學圖為何呈“C”字形？ 過冷奧氏體等溫轉變速度受兩個主要因素：新相與母相間的自由能差Gv和原子的擴散系數D。這兩個因素作用是矛盾的。 （1）高溫時，過冷度小

4、，驅動力Gv小，擴散系數D大，原子擴散能力大，以驅動力Gv影響為主。 （2）低溫時，過冷度大，驅動力Gv大，擴散系數D小，原子擴散能力小，以擴散系數D影響為主。 上述兩個因素綜合作用的結果，在550是驅動力和原子的擴散的作用都充分發揮，使孕育期最短，使TTT圖呈“C”字形。 綜上所述， TTT圖為珠光體等溫轉變、馬氏體連續轉變、貝氏體等溫轉變的綜合。,2020-12-24,8,（二）非共析鋼的過冷A等溫轉變圖 與共析鋼的A等溫轉變圖不同的是： 對亞共析鋼在發生P轉變之前有先共析F析出，因此亞共析鋼的過冷A等溫轉變曲線在左上角有一條先共析F析出線，且該線隨含碳量增加向右下方移動，直至消失。 對過

5、共析鋼在發生P轉變之前有先共析滲碳體析出，因此過共析鋼的過冷A等溫轉變曲線在左上角有一條先共析滲碳體析出線，且隨含碳量增加向左上方移動，直至消失。,2020-12-24,9,亞共析鋼的TTT曲線,P + F,S + F,T,B,M + A殘,2020-12-24,10,過共析鋼的TTT曲線,P + Fe3C,S + Fe3C,T,B,M + A殘,2020-12-24,11,（三）合金鋼的過冷A 等溫轉變曲線 合金鋼的過冷A 等溫轉變曲線由于受碳和合金元素的影響，圖形比較復雜。 常見的C曲線有四種形狀： (a) 表示AP和AB轉變線重疊； (b) 表示轉變終了線出現的二個鼻子； (c) 表示轉

6、變終了線分開， 珠光體轉變的鼻尖離縱軸遠； (d) 表示形成了二組獨立的C曲線。,2020-12-24,12,二、 影響過冷奧氏體C曲線形狀的因素,A的成分：C和合金元素 奧氏體狀態：奧氏體晶粒大小的影響、加熱溫度和保溫時間、原始組織 應力 塑性變形,2020-12-24,13,（一）A的成分 1.含碳量 含碳量不改變C曲線的形狀但對珠光體轉變、貝氏體轉變的影響不同。 （1）對珠光體轉變 非共析鋼在發生珠光體轉變之前有先共析相（鐵素體、滲碳體）析出，因此非共析鋼的過冷奧氏體等溫轉變C曲線在左上角有一條先共析相析出線，且先共析相析出線隨含碳量的變化而移動。 共析鋼的C曲線最靠右，亞共析鋼的C曲線

7、隨含碳量增加向右移動；過共析鋼的C曲線隨含碳量增加向左移動。 碳對C曲線的影響不如Me。 因此，共析鋼的C曲線離縱軸最遠，共析鋼的過冷奧氏體最穩定。,2020-12-24,14,非共析鋼和共析鋼的TTT圖比較,2020-12-24,15,原因： 在相同條件下，隨亞共析鋼中碳含量增加，獲得鐵素體晶核幾率下降，鐵素體長大時需擴散去的碳量增大，擴散的距離增大，先共析鐵素體析出的孕育期增長，鐵素體析出速度下降；一般認為鐵素體析出有利與珠光體轉變，而珠光體的析出在鐵素體之后，鐵素體析出速度減慢，珠光體的析出速度也減慢，C曲線向右移動。 在過共析鋼中，若在Ac1Accm之間加熱，隨碳含量增加，奧氏體中碳含

8、量不變，未溶的滲碳體的量增加，未溶的滲碳體有促進珠光體形核的作用，降低了奧氏體的穩定性，C曲線向左移動。若在Accm以上加熱，隨碳含量增加，奧氏體中碳含量增加，獲得滲碳體晶核幾率增加，先共析滲碳體與珠光體孕育期縮短，析出速度增加，轉變速度增加。這是由于隨碳量增加，珠光體的形成是在滲碳體之后，故也加快。C曲線向左移動。,2020-12-24,16,（2）對貝氏體轉變 貝氏體長大速度是受碳擴散控制（碳在鐵素體內的脫溶）。這是由于貝氏體轉變時領先相為鐵素體，隨奧氏體中碳含量的增加，獲得鐵素體晶核幾率下降。含碳量增加時，轉變時需擴散的原子量增加，貝氏體轉變之前鐵素體轉變速度下降，貝氏體轉變也減慢，C曲

9、線右移。 （3）對馬氏體轉變 碳含量（Wc）增加，Ms下降、Mf下降；Ms和Mf下降不一致。Wc0.2%，Ms直線下降。 Wc0.6%，Mf下降緩慢，Mf0（低于室溫）。,2020-12-24,17,2.合金元素,合金元素對C曲線影響可分為兩大類： （1）非（或弱）碳化物形成元素：主要有Co、Ni、Mn、Cu、Si、B等。這類元素 除Co外使C曲線右移，但對C曲線的形狀影響不大。 （2）碳化物形成元素：主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等。這類元素溶入奧氏體，從而使C曲線右移，且改變C曲線的形狀和位置，使珠光體轉變的C曲線移向高溫、貝氏體轉變的C曲線移向低溫，從而C曲線分離成上下兩部分，呈現

10、雙C曲線的特征。,2020-12-24,18,合金元素的影響: 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奧氏體中,會引起:,2020-12-24,19,（1）對珠光體轉變 除Co、Al以外，大多數合金元素是延緩P轉變。 合金元素對P轉變動力學影響的原因：合金元素的自擴散、對碳的擴散、改變了AF轉變速度、改變了臨界點、對奧氏體/F界面的拖拽作用。在這些合金元素中Mo的影響最為強烈，W為Mo的影響一半，Cr、Mn、Ni明顯提高過冷A的穩定性，Si、Al稍有提高過冷A體的穩定性，Co減小過冷A的穩定性。 （2）對馬氏體轉變 除Co、Al以外，大多數合金元素使Ms 、Mf下降 化學成分對M

11、s點的影響的原因：改變了T0；改變了奧氏體的強度。 （3）對貝氏體轉變 除Co、Al以外，大多數合金元素是延緩B轉變。 原因：合金元素溶入A后，增大其穩定性，從而使C曲線右移。合金元素對B轉變動力學影響的原因：合金元素影響碳在A和F中擴散；改變了AF轉變速度；改變了BS點；影響在一定溫度下的相間自由能差，影響驅動力。強碳化物形成元素減緩B轉變速度。,總之，Co、Al可促進冷卻轉變，其他合金元素大多阻礙轉變,2020-12-24,20,（二）奧氏體狀態 1. 奧氏體晶粒大小的影響 奧氏體晶粒度增加，晶粒愈細，晶界面積增多，使晶界形核的珠光體易于形核，有利于珠光體轉變發生，C曲線左移；雖然使貝氏體

12、轉變速度增加，C曲線左移。但對晶內形核的貝氏體轉變影響不如珠光體轉變大。對馬氏體轉變奧氏體晶粒長大，缺陷減少及奧氏體均勻化。馬氏體形成的阻力減小，Ms升高。 2.加熱溫度和保溫時間 加熱溫度和保溫時間主要是通過改變奧氏體成分和狀態來影響珠光體轉變和貝氏體轉變。因為奧氏體成分不一定是鋼的成分，所以加熱溫度和保溫時間不同，得到的奧氏體也不一樣，必然對隨后的冷卻轉變起影響。 3.原始組織 主要影響奧氏體成分均勻性。原始組織愈細，加熱后奧氏體均勻化快，奧氏體成分愈均勻，隨之冷卻后珠光體轉變和貝氏體轉變的形核率下降，長大減慢，C曲線右移。 原始組織愈粗，奧氏體成分不均勻，促進奧氏體分解，C曲線左移。,2

13、020-12-24,21,（三）塑性變形 塑性變形加速珠光體轉變，C曲線左移。但對貝氏體轉變在高溫（8001000）進行塑性變形，貝氏體轉變的孕育期越長，貝氏體轉變的速度減慢，轉變的不完全性增大，C曲線右移；在BS點低溫亞穩的奧氏體區進行塑性變形加速貝氏體轉變，C曲線左移。 對馬氏體轉變來說，若在Ms以上某一溫度范圍內經塑性變形會促進奧氏體在該溫度下向馬氏體轉變，使Ms升高，產生應變誘發馬氏體。若在MsMf溫度范圍內的某一溫度進行塑性變形也會促進奧氏體在該溫度下向馬氏體轉變。若在Md以上某一溫度范圍內經塑性變形不會產生應變誘發馬氏體,2020-12-24,22,（四）應力 在奧氏體狀態下施加拉

14、應力或單向壓應力，促進奧氏體分解，珠光體轉變和貝氏體轉變加快，C曲線左移，Ms升高。 在奧氏體狀態下施加多向壓應力，減慢奧氏體分解，珠光體轉變和貝氏體轉變減慢，C曲線右移，Ms下降。 綜上所述，過冷奧氏體等溫轉變曲線的形狀和位置受上述多種因素的影響，因此在使用時必須注意其標明的試驗條件，包括鋼的成分（包括微量元素）、奧氏體化條件、外界條件等。,2020-12-24,23,三、 C曲線的應用,1.等溫淬火 將加熱到淬火溫度的零件淬入350至MS點之間的恒溫槽中，長時間等溫，可得到下貝氏體； 2.等溫退火 用于合金鋼鍛、鑄件，以消除冷卻時形成的巨大應力。操作時將零件加熱到完全退火的高溫區域，再冷卻

15、到AP區域等溫，使發生P轉變。 3.形變熱處理 形變熱處理將合金鋼加熱到兩條C曲線中間的A穩定區域變形，可提高缺陷密度及材料強度。 4.定性解釋連續冷卻的奧氏體轉變過程,2020-12-24,24,等溫淬火工藝曲線示意圖,2020-12-24,25,連續冷卻過程中 TTT 曲線的分析,V1 = 5.5/s : 爐冷 ; P,V2 = 20/s : 空冷 ; S,V3 = 33/s : 油冷;T+M+A殘,V4 138/s : 水冷 ; M+A殘,2020-12-24,26,第二節 過冷奧氏體連續轉變動力學圖,過冷奧氏體連續冷卻轉變圖（又稱CCT圖或CT圖）：綜合反映了過冷奧氏體在連續冷卻時的轉

16、變溫度、時間和轉變量之間的關系（即反映了過冷奧氏體在不同的冷卻速度下轉變的轉變開始時間、轉變終了時間、轉變產物類型、轉變量與轉變溫度、轉變時間的關系）。 CCTContinuous Cooling Transformation,2020-12-24,27,一、 過冷奧氏體連續轉變動力學圖的基本形式,（一）共析鋼CCT圖分析 共析鋼過冷奧氏體連續轉變動力學圖的基本形式如圖，該圖的縱坐標為溫度，橫坐標為時間，采用對數坐標。 1.線、區的意義 線：A1線，MS、Mf線、P轉變開始線，P轉變終了線，P轉變中止線。 區：穩定A區，過冷A區，過冷A連續冷卻P轉變區（AP），M形成區（AM）、轉變產物區（P

17、、M）。 注意：共析鋼的過冷奧氏體連續冷卻轉變圖無貝氏體轉變,2020-12-24,28,過冷奧氏體連續冷卻轉變圖（CCT圖）,Vk,時間(lg),溫度,A1,Pf,Ps,AP,K,Ms,Mf,水冷,油冷,Vk1,爐冷,空冷,轉變中止線,Vk1不發生M轉變的最大冷速 Vk全部轉變成M的最小冷速,Ps珠光體轉變開始線 Pf珠光體轉變結束線,馬氏體轉變開始線,馬氏體轉變結束線,隨冷卻速度增加，A發生以下轉變： （1）VVk ，AM全部,2020-12-24,29,共析碳鋼 TTT 曲線與CCT曲線的比較,2020-12-24,30,(二）非共析鋼CCT圖分析 1. 亞共析鋼CCT圖 亞共析鋼CCT

18、圖出現了先共析F析出區和貝氏體轉變區。馬氏體轉變開始線與等溫轉變動力學圖不同，MS不再為水平線，而是向右下側傾斜，這是由于珠光體與貝氏體的轉化，使奧氏體得到富化，而使MS降低的緣故。,35CrMo鋼的CCT圖,圖內有各種產物存在的區域和各種速度的冷卻曲線。冷卻曲線終端的數字為轉變產物的硬度值，可為洛氏硬度或維氏硬度。冷卻曲線與轉變終了線交點處的數字為該產物所占的百分數。,2020-12-24,31,2. 過共析鋼CCT圖 過共析鋼CCT圖與共析鋼CCT圖相似，無貝氏體轉變區，不同的是出現了先共析Fe3C析出區。MS也不為水平線，而是向右上側傾斜，這是由于馬氏體轉變前有先共析Fe3C析出或部分珠光體轉變，使周圍奧氏體貧碳，而使MS升高的緣故。,2020-12-24,32,二、 過冷奧氏體連續轉變動力學