第二章鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖

熱處理原理及工藝

李學(xué)偉Tel-mail:lixueweilxw@126.com

HEILONGJIANGINSTITUTEOFSCIENCEANDTECHNOLOGYSchoolofMaterialSci.&Eng.

1、動(dòng)力學(xué)曲線2、等溫成形圖t/℃800760727110102103時(shí)間τ/s104A1Pγ0.5%γ99.5%P+γγ+Fe3C不均勻γ均勻γγ730℃800℃10s1000s

時(shí)間，st/℃轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終了線PP+γγv2v1780轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關(guān)系；●●●t/℃τ/h0加熱保溫PBMγ→Pγ→B過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖奧氏體轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關(guān)系；

第二章鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖§2.1過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖§2.2過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖§2.3過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用§2.1過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體：在臨界溫度A1以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體。一、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立1、等溫轉(zhuǎn)變：將奧氏體迅速冷卻到臨界溫度以下的一定溫度，并在此溫度下等溫，在等溫過(guò)程中發(fā)生的相變，稱之為～。2、等溫轉(zhuǎn)變曲線的意義可綜合反映過(guò)冷奧氏體在不同過(guò)冷度下的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程：轉(zhuǎn)變開(kāi)始和終了時(shí)間；轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型；轉(zhuǎn)變量與溫度和時(shí)間的關(guān)系；3、金相法測(cè)定等溫轉(zhuǎn)變曲線（以共析鋼為例）Time;Temperature;TransformationTTT圖⑴式樣加熱獲單相γ，等溫冷卻，鹽水中激冷，殘γ→M⑵金相法測(cè)定定溫下產(chǎn)物類型和轉(zhuǎn)變量，繪成φ-τ曲線。⑶將φ-τ曲線中轉(zhuǎn)變開(kāi)始和終了時(shí)間轉(zhuǎn)變t-τ坐標(biāo)中連線。γ轉(zhuǎn)變量φ×100%100500110102103104105溫度t/℃8007006005004003002001000-100時(shí)間t/s110102103104105A1600℃400℃700℃●●●●●●●●●●●●●●●MsMfA’A→PA→BPSTB上B下M+ARAC-曲線●●●●●●●650℃●●●250℃TTT圖的建立左C-曲線：轉(zhuǎn)變開(kāi)始線右C-曲線：轉(zhuǎn)變終了線Ms：馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線Mf：馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束線珠光體：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體:馬氏體：珠光體P索氏體S屈氏體T上貝氏體B上下貝氏體B下馬氏體M+殘余奧氏體AR轉(zhuǎn)變反應(yīng)物：過(guò)冷奧氏體A’溫度t/℃8007006005004003002001000-100時(shí)間t/℃110102103104105A1MsMfA’A→PA→BPSTB上B下M+ARA孕育期4、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性同時(shí)受兩個(gè)因素控制：△G和D其中，△G—舊相與新相之間的自由能差；D—原子的擴(kuò)散系數(shù)。奧氏體轉(zhuǎn)變速度與過(guò)冷度的關(guān)系200℃轉(zhuǎn)變溫度/℃轉(zhuǎn)變速度/mm3.s-1O⑴高溫時(shí)，△G起主導(dǎo)作用；⑵低溫時(shí)，D起主導(dǎo)作用；⑶鼻尖溫度時(shí)，△G和D共同作用的結(jié)果，轉(zhuǎn)變?cè)杏谧疃?，轉(zhuǎn)變速度最大。A1D△G△G∝1/tD∝t5、過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變速度與等溫溫度之間的關(guān)系二、影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的因素A→PA→BM亞共析鋼C-曲線A→PA→BM共析鋼C-曲線A→PA→BM過(guò)共析鋼C-曲線1、含碳量的影響珠光體轉(zhuǎn)變：亞共析鋼隨C↑，C曲線右移；過(guò)共析鋼隨C↑，C曲線左移；貝氏體轉(zhuǎn)變：隨C↑，C曲線右移；相對(duì)共析鋼馬氏體轉(zhuǎn)變：隨C↑，

Ms和Mf下移；先共析鐵素體的析出減慢未溶滲碳體量增多隨C增加，γ穩(wěn)定性上升。C↑C↑P→←PB→B→M↓M↓奧氏體轉(zhuǎn)變速度與過(guò)冷度的關(guān)系200℃轉(zhuǎn)變溫度/℃轉(zhuǎn)變速度/mm3.s-1OA1D△G過(guò)共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1奧氏體中含碳量的影響:一般說(shuō)來(lái)，除Co和WAl＞2.5%以外所有合金元素，溶入奧氏體使得奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，Ms降低。⑴碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Ti等向右移向下移MsA1含Cr合金鋼MsA1C-曲線右移，且改變形狀；2、合金元素的影響⑵非碳化物或弱碳化物形成元素，Ni、Mn、Si、Cu、B等，C-曲線右移，不改變形狀；⑶多種元素綜合作用，見(jiàn)下圖。3、奧氏體狀態(tài)的影響⑴γ晶粒細(xì)小，P轉(zhuǎn)變左移，B轉(zhuǎn)變不影響，Ms點(diǎn)升高；⑵γ成分越均勻，γ越穩(wěn)定，C-曲線右移；⑶形變細(xì)化γ晶粒，形變量越大，P轉(zhuǎn)變左移。2、合金元素的影響練習(xí)題：畫出TTT圖，為獲得下列組織，應(yīng)選用何種冷卻方式？并在TTT圖中標(biāo)出冷卻曲線。⑴⑵⑶⑷⑸⑴S+P；⑵全部B下；⑶M+AR；⑷T+M+AR；⑸T+B+M+AR。

第二章鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖§2.1過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖§2.2過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖§2.3過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用一、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線溫度t/℃8007006005004003002001000-100時(shí)間t/℃110102103104105A1MsMfA’A→PA→BPSTB上B下M+ARA二、影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的因素1、含碳量的影響珠光體轉(zhuǎn)變：亞共析鋼隨C↑，C曲線右移；過(guò)共析鋼隨C↑，C曲線左移；貝氏體轉(zhuǎn)變：隨C↑，C曲線右移；相對(duì)共析鋼馬氏體轉(zhuǎn)變：隨C↑，

Ms和Mf下移；先共析鐵素體的析出減慢未溶滲碳體量增多隨C增加，γ穩(wěn)定性上升。A→PA→BM共析鋼C-曲線A→PA→BM亞共析鋼C-曲線A→PA→BM過(guò)共析鋼C-曲線2、合金元素的影響一般說(shuō)來(lái)，除Co和WAl＞2.5%以外所有合金元素，溶入奧氏體使得奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，Ms降低。⑴碳化物形成元素，C-曲線右移，且改變形狀；⑵非碳化物或弱碳化物形成元素，Ni、Mn、Si、Cu、B等，C-曲線右移，不改變形狀；3、奧氏體狀態(tài)的影響⑴γ晶粒細(xì)小，⑵γ成分越均勻，⑶形變細(xì)化γ晶粒，⑶多種元素綜合作用。P轉(zhuǎn)變左移，B轉(zhuǎn)變不影響，Ms點(diǎn)升高；γ越穩(wěn)定，C-曲線右移；形變量越大，P轉(zhuǎn)變左移。溫度t/℃8007006005004003002001000-100時(shí)間t/℃110102103104105A1MsMfA’M+ARA三、冷卻方式對(duì)組織產(chǎn)物的影響A→PA→BPSTB上B下§2.2過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖一、過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的建立過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線反映了在連續(xù)冷卻條件下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，又稱CCT圖。ContinuousCoolingTransformation1、利用快速膨脹儀將式樣加熱到奧氏體狀態(tài)，控制冷速。2、測(cè)定不同速度曲線上的轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和終了點(diǎn)所對(duì)應(yīng)溫度和時(shí)間；3、將溫度和時(shí)間標(biāo)在溫度-時(shí)間半坐標(biāo)系中，連接得CCT圖。8007006005004003002001000t/℃0.1110102103104時(shí)間τ/sA15.6℃/sv133.3vc’55.6v2138.8vcMsM開(kāi)始線終了線中止線共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線●●●●●●●●A’A→PP8007006005004003002001000t/℃0.1110102103104時(shí)間τ/s共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線A15.6℃/sV133.3Vc’55.6V2138.8VcMsM開(kāi)始線終了線中止線A’A→PPPS或TM爐冷退火空冷正火水冷淬火碳鋼：P+M合金鋼：M油冷淬火二、過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的分析8007006005004003002001000t/℃0.1110102103104τ/sA15.6℃/sv133.3vc’55.6v2138.8vcMsM開(kāi)始線終了線中止線●●●●●●●●A’A→Fe3CA→Pvc’vcMsMB轉(zhuǎn)變區(qū)A’A→PA→FMsPMvvcvc’v2三、亞共析鋼和過(guò)共析鋼CCT圖分析F9P91A化溫度830℃時(shí)間和晶粒度220HV1、亞共析鋼CCT圖分析⑴有先共析F析出區(qū)和B轉(zhuǎn)變區(qū)⑵Ms線右端降低。為什么？先共析Fe3C析出使A周圍貧碳組織產(chǎn)物分析⑴v＜vc’：P+F⑵v＞vc：M+AR⑶vc’

v＜vc：P+F+B+M+AR2、過(guò)共析鋼CCT圖分析⑴有先共析Fe3C析出區(qū),無(wú)B轉(zhuǎn)變區(qū)⑵Ms線右端升高。為什么？先共析F析出和B轉(zhuǎn)變使A周圍富碳組織產(chǎn)物分析⑴v＜vc’：P+Fe3C⑵v＞vc：M+AR⑶vc’

v＜vc：P+Fe3C+M+ARA1三、TTT圖與CCT圖的比較（以共析鋼為例）CCT圖TTT圖MsMvc’vcvc’’1、CCT圖位于TTT圖下方；說(shuō)明連續(xù)轉(zhuǎn)變比等溫轉(zhuǎn)變?cè)杏陂L(zhǎng)，且轉(zhuǎn)變溫度更低。2、CCT圖無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；說(shuō)明奧氏體碳濃度高，B轉(zhuǎn)變?cè)杏陂L(zhǎng)，來(lái)不及發(fā)生B轉(zhuǎn)變，便冷卻至低溫。3、TTT圖轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為單一的組織；4、TTT圖的vc’’大于

CCT圖的vc；連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線比等溫轉(zhuǎn)變曲線復(fù)雜而且難測(cè)試，在沒(méi)有CCT圖的情況下，可以用TTT圖的vc’’定性地分析鋼淬火時(shí)得到馬氏體的難易程度。vc’’

≈1.5vcCCT圖是不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變組織的混合組織。§2.3過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用一、TTT圖的應(yīng)用1、分級(jí)淬火2、等溫淬火分級(jí)淬火12等溫淬火TTT圖可以確定A’比較穩(wěn)定區(qū)域的位置、Ms溫度和分級(jí)淬火所需要的冷卻速度。t/℃τ/sA1MsTTT圖可以指出A’等溫轉(zhuǎn)變?yōu)锽的溫度區(qū)間，完成這種轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間，為