鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖課件

關(guān)于鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第1頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三●過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖（CT）CT圖也稱

CCT圖（連續(xù)轉(zhuǎn)變圖，Continuous-Cooling-Fransformation）能比較接近實(shí)際熱處理冷卻條件，應(yīng)用更方便有效。第2頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三1.鋼加熱到A狀態(tài)，用不同的介質(zhì)，A在不同的過冷度下轉(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。2.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。

為什么要研究過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第3頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三3.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(chǎn)實(shí)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(zhuǎn)變規(guī)律，對熱處理生產(chǎn)指導(dǎo)意義更直接。第4頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三●本章主要介紹過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖及其內(nèi)在聯(lián)系。這兩種動力學(xué)圖是制定熱處理工藝、選擇鋼材和預(yù)測熱處理后零件性能的重要理論依據(jù)之一。第5頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三一.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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三

●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(shù)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(dǎo)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(chǎn)物和轉(zhuǎn)變量，當(dāng)分解產(chǎn)物出現(xiàn)1～2％時，所對應(yīng)的保溫就認(rèn)為在該保溫溫度的轉(zhuǎn)變開始時間。當(dāng)分解產(chǎn)物達(dá)98％時間為轉(zhuǎn)變終了時間。第7頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖1共析碳鋼IT曲線測試示意圖第8頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖1共析碳鋼IT圖第9頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三

二、過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖的基本形式

1.結(jié)構(gòu):1）A1是臨界點(diǎn)；2）轉(zhuǎn)變開始線左方是過冷A區(qū)；3）轉(zhuǎn)變結(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)：

A→P轉(zhuǎn)變的A＋P區(qū)；

A→B轉(zhuǎn)變的A＋B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。第10頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三2.特點(diǎn)：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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三●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(kuò)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●鼻尖以下：矛盾的主要方面是Fe、C原子擴(kuò)散，即相變受

Fe、C原子擴(kuò)散速度的制約。第12頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三2）過冷A在不同溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)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(zhuǎn)變產(chǎn)物如圖2所示：第13頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖2T8鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖第14頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三①P轉(zhuǎn)變區(qū)域（高溫轉(zhuǎn)變）從A1～550℃范圍內(nèi)，A等溫分解為片狀F＋片狀Fe3C的機(jī)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）第15頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三對T8而言，對應(yīng)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(kuò)散型轉(zhuǎn)變）

600～550℃：A→T硬度HRC32～40②貝氏體轉(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。

第16頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三對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(zhuǎn)變區(qū)域（低溫轉(zhuǎn)變）。溫度范圍：Ms～Mf對T8而言：

M轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變

M，總有一部分保留在鋼中，稱殘余奧氏體A′。第17頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三三.影響過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖形狀的因素①臨界點(diǎn)位置不同；②P、B轉(zhuǎn)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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三2.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(jìn)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，使C線左移。

第19頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三

●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”。第20頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三（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(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)，參見圖6-2（b）。第21頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三（1）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。（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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三（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(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。（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(zhuǎn)變有強(qiáng)烈的抑制作用，但對貝氏體轉(zhuǎn)變則影響不顯著。第23頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三第24頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三(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(kuò)散時間就越長，故C曲線右移。第25頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖類型（P156）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(diǎn)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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖3四種類型IT圖

第27頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三a）是一種最簡單的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(dú)立的C曲線，分別是高溫轉(zhuǎn)變（A→P）和中溫轉(zhuǎn)變（A→B）第28頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三第29頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三●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，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三四.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)之一：①大致估計(jì)出工件在某種冷卻介質(zhì)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(jì)鋼接受淬火的能力。2實(shí)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。第31頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三五.過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖

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(jī)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、Fransformation）能比較接近實(shí)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(圖6)PS：P開始轉(zhuǎn)變線；PZ：P轉(zhuǎn)變結(jié)束線；第32頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖6共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖

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。

第33頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三（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(jì)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。第35頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三3.選擇淬火介質(zhì)當(dāng)CCT鼻子處孕育期為2S時，φ25零件水淬可淬硬；當(dāng)CCT鼻子處孕育期為5～10S時，φ25零件油淬可淬硬；當(dāng)CCT鼻子處孕育期為＞100S時，φ25零件空氣中即可淬硬；第36頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三

（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(jì)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大第37頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三圖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(zhuǎn)變圖，應(yīng)在690℃開始轉(zhuǎn)變，640℃結(jié)束，但實(shí)際上是660℃開始轉(zhuǎn)變，590℃結(jié)束；②11mm：水冷,按照等溫圖可得部分P型組織，但實(shí)際上能得全部M.,可見應(yīng)用CT曲線更符合實(shí)際情況。圖8為45Cr等溫轉(zhuǎn)變圖（IT）和CT圖的比較.第38頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三第39頁，講稿共49頁，2023年5月2日，星期三3.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