一,过冷奥氏体等温转变图
用来描述转变开始和转变终了时间,转变产物和转变量与温度,时间之间的关系曲线,称为过冷奥氏体等温转变曲图.(C曲线,TTT图,IT图)
(一)过冷奥氏体等温转变图的建立
将奥氏体的试样迅速冷至临界温度以下的一定温度,进行等温,在等温过程中所发生的相变称为等温转变.测量转变的方法很多,如金相法,硬度法,膨胀法,磁性法,电阻法,热分析法等.通常用金相硬度法和膨胀法配合使用,利用过冷奥氏体转变产物的形态或物理性能的变化进行测定.
§1—5 钢的过冷奥氏体转变图
试样:φ10~15mm,厚1.5~2mm,具有相同的原始组织(可通过退火或正火获得).
奥氏体化:所有试样均在相同条件下进行奥氏体化,要求奥氏体的化学成分均匀一致.
等温转变:将奥氏化后的试样迅速转入给定温度的等温浴炉中保温一系列时间.
淬火:将保温后的试样迅速取出淬入盐水中.
绘图:测出给定温度,时间下的转变产物类型,转变产物的百分数,并将结果绘制成曲线.

MS测定:奥氏体化后试样迅速投入预先估计的马氏体转变开始的热浴中,保持2~3分钟后,再移到温度比第一个热浴高20~30℃的热浴中保持2~3 分钟,取出淬入盐水中,若第一个热浴高于MS奥氏体不发生转变,在盐水中奥氏体向马氏体转变,显微镜下为白亮的马氏体组织,若第一个热浴低于MS,奥氏体向马氏体向马氏体转变,而在第二个热浴中已转变的马氏体被回火,而剩余的奥氏体在盐水中转变为马氏体,两种马氏体在显微镜下是不同的可以分开,调整第一个热浴可测出MS.
(二)奥氏体等温转变图的特点
开始线以左部分为过冷奥氏体区,转变终了线以右区域为P或B区,两条线之间为转变过渡区(A+P或A+B),水平线MS为马氏体转变开始温度,MS以下为马氏体区.
1,过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期.
孕育期的长短随等温温度而变,鼻子点处的孕育最短,即,在此温度奥氏体最不稳定,最易分解.鼻子点的出现是因为转变的形核及长大均受C原子及Fe原子扩散的控制.
2,在不同温度下等温具有不同的转变产物
(1)珠光体转变区
A1~550 ℃内为P转变区,一般为片状,片间距离随温度降低而减小,屈服强度升高.
(2)贝氏体转变区
鼻子温度~MS为贝氏体转变区,分上贝氏体和下贝氏体区.贝氏体转变终了线以右不能得到单一的贝氏体组织,而是贝氏体+残余奥氏体.
(3)马氏体转变区
MS以下为马氏体转变区,直到Mf.
(4)珠光体与贝氏体,贝氏体与马氏体可能重叠
这样在某一温度等温,将得到P+B或B+M混合组织.
(三)奥氏体等温转变图的常见类型
1,碳钢的基本类型
只有一个鼻子点,即珠光体转变与贝氏体转变重叠,亚(过)共析钢比共析钢多出一个F析出线和Cem析出线.
2,合金钢C曲线的常见类型
归纳起来大体上可以分为六种类型.
(1)具有单一的C字形曲线,即P与B转变重叠(与碳素钢相似).除碳钢以外,含有Si,Ni,Cu,Co等合金元素(非碳化物形成元素)的钢均属此类.
(2)具有双C字形曲线,两个鼻子在时间轴上相近,在温度轴上不同,P与B部分重叠,如37CrSi具有这样的C曲线.
(3),具有双C字形曲线,两个鼻子在时间和温度轴上都不相同,P与B部分重叠.
1)P转变曲线右移比较显著,20 Cr,40Cr,35CrMn2,40CrMn等.
2)B转变曲线右移较为显著,GCr15,9Cr2,CrMn,CrWMn等.
(4)P与B转变曲线完全分开
1)B转变曲线右移,Cr12,Cr12,VW18Cr4V等.
2)P转变曲线右移,5CrNiMo,3Cr2W8,35CrNi3Mo等.
(5)只有P转变区而无B转变区(4Cr13)或只有B转变区而无P转变区(18CrNiV).
(6)只有一条碳化物析出线,无P和B转变区(奥氏体钢都具有这类曲线).
(四)影响奥氏体等温转变图的因素
1,化学成分
(1)碳含量的影响
对珠光体部分:亚共析钢,随碳含量的增加C曲线右移.
过共析钢,随碳含量的增加C曲线左移.
对贝氏体部分:随碳含量的增加C曲线总是右移的.
(2)合金元素的影响
一般规律:除Co以外,常用的合金元素均增加过冷奥氏体的稳定性,推迟转变和降低转变速度,使等温转变曲线右移,延长过冷奥氏体转变开始和终了时间,对P和B转变有分离作用.Al的作用,对B转变与Co相同.
注意:合金元素只有溶入奥氏体中才有上述作用,否则将使奥氏体转变速度加快,C曲线左移.
根据合金元素对过冷奥氏体影响的性质不同,可以把合金元素分两类:
第一类:非(弱)碳化物形成元素Mn,Ni,Cu,Si对过冷奥氏体的影响在性质上与C的作用相似,即减慢P和B的形成,降低Ms点.
第二类:碳化物形成元素,其中大多数减慢F,P形成的作用大于减慢B形成的作用,同时也降低Ms点.
A,Cr的影响
增加转变的孕育期,使P转变部分和B转变部分分离,即P部分移向高温区,而B部分移向低温区,另外,对B转变的推迟作用大于对P转变的推迟作用.
B,Ni和Mn的影响
Ni对C曲线的形状无影响,使整个曲线向右略下方移动,降低Ms点.
Mn对高碳钢的C曲线的影响基本上与Ni相似,但推迟转变的作用大于Ni.Mn对转变终了线的推迟作用更显著,即降低了奥氏体向珠光体的转变速度.
C,Mo和W的影响
Mo对P转变有显著的推迟作用,对B转变的影响较小,随Mo%的增加,P部分与B部分会分离,Mo降低Ms点.
W的作用与Mo基本上是相似的,只是推迟B转变的作用比Mo要小,若要达到与Mo相同的程度,W的含量应高于Mo的一倍.
D,B(硼)的影响
B对C曲线有特殊的影响,含微量的B(0.002~0.005%)就足以使F的析出和P转变显著推迟.
B原子吸附在A晶界上,降低了晶界的界面能,从而降低了先共析F和P的成核率.如果B原子向A晶内扩散,使晶界上吸附的数量减少,将使B的作用明显下降.
E,Co的影响
对C曲线的形状无影响,随Co%增加C曲线左移,Ms升高.
2,奥氏体晶粒尺寸的影响
A晶粒愈细小,等温转变的孕育期愈短,加速过冷A向P的转变,对B转变有相同的作用,但不如对P的作用大,相反A晶粒粗大将C曲线右移.
3,原始组织,加热温度和保温时间的影响
在相同的加热条件下,原始组织越细,越容易得到均匀的A,使等温转变曲线右移,Ms降低.
当原始组织相同时,提高A化温度,延长保温时间,将促进碳化物溶解,也会使C曲线右移.
4,塑性变形的影响
无论高温和低温塑性变形,均加速过冷A的转变.
原因:未经变形的A向P转变时仅在晶界形核,而变形后,过冷A在等温转变时,可出现晶内形核.
二,过冷奥氏体连续冷却转变图
TTT图反映的是过冷A等温转变的规律,可以用来指导热处理工艺的制定.但是在实际热处理中,很多热处理工艺都是在连续冷却条件下进行的,如淬火,正火,退火等.虽然可以利用TTT图来分析连续冷却时过冷A的转变过程,但这种分析只能是粗略的估计,有时甚至可以得出错误的结果.实际上在连续冷却时,过冷A是在一个温度范围内发生转变的,所以人们很早就开始对过冷A在连续冷却条件下的转变形为,并试图用图形的方式来描述这一过程.
连续冷却转变图通常称为CCT图(Continuous Cooling Transformation)
(一)CCT图的建立
测定CCT图一般说来是比较复杂的,最常用的方法是综合热分析,金相,硬度和膨胀法等多种方法一同,测定某种钢的连续冷却转变图.
试样为φ3×10mm ,在试样上焊上0.1mm的Pt-PtRh温差热电偶,用一组试样加热A化后,以不同的速度连续冷却,用快速膨胀仪,测量在冷却过程中试样长度的变化,找出转变开始和终了的温度和时间,及最终获得的硬度值.将不同冷却速度下的转变开始和终了点连接起来,即得到了连续冷却转变曲线.
(二)连续冷却转变图的特点及其与等温转变图的关系
1,共析碳钢和过共析碳钢的连续冷却转变图,只有高温区的P转变和低温区的M转变,而无中温区的B转变,亚共析碳钢可以有B转变.亚共析钢和过共析钢有先共析相F和Cem析出线,由于先共析相的析出,可以改变A的C含量,从而使随后在低温区发生M转变的Ms发生相应的变化.
2,合金钢的CCT图,可以有P转变无B转变或只有B转变无P转变等多种不同的情况,具体的情况由加入的合金元素种类和数量而定.
3,在等温条件下合金元素推迟过冷A的等温转变,在连续冷却条件下,合金元素也降低过冷A的转变速度,使CCT曲线右移.
4,A晶粒度对CCT图的影响规律是,A晶粒粗大CCT图移向右下方.
5,连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方.这说明连续冷却转变的温度低,孕育期长.
6,不论P转变,还是B转变的连续冷却转变曲线,都只有相当于C曲线的上半部分.
7,连续冷却时,在一定的冷却条件下,A在高温区的转变不能完成,余下的A则在中温区及低温的M转变区继续转变,最终得到混合组织.由于在高温和中温区的转变,会改变余下A的C含量,从而使Ms发生相应的变化.
三,钢的临界冷却速度
临界冷却速度:连续冷却时,在某几个特定的冷却速度下,所得到的组织将发生突变,这些冷却速度称为临界冷却速度.
(一)连续冷却图中的临界冷却速度
在实际生产中,为了使钢件在淬火后得到完全的M组织,应使A从淬火加热温度到Ms点的冷却过程中不发生分解.为此,钢件的冷却速度应大于某一临界值,此临界值称为临界淬火速度,一般又称为临界冷却速度,用Vc表示.实际上是获得100%M转变的最小的冷却速度.
(二)影响临界冷却速度的因素
凡影响A稳定性,影响CCT曲线形状的因素均影响VC,使曲线右移的均降低VC,左移的均使VC提高.
1,碳含量
低碳钢随C含量增加,VC显著降低,但在0.3~1.0%范围内,VC下降的不多.C%>1.0%后,随C含量的增加, VC增高.
2,合金元素的影响
除Co以外,大部分合金元素溶入A中,都增加A的稳定性,使VC下降;若未溶入A中,以碳化物形式存在,则会使VC升高.
3,A晶粒度的影响
随A晶粒尺寸增大, VC 减小,对受P转变制约的VC 影响较大,而对受B转变制约的VC 影响较小.
4,A化温度的影响
A化温度升高,A的合金化程度增大,稳定性升高,从而使VC 降低.
5,A中非金属夹杂物和稳定碳化物
硫化物,氧化物,氮化物及难溶的稳定碳化物,在A化时,能阻碍A晶粒的长大,促进非M组织的形成,使VC 增大.
(三)利用等温转变图估计临界冷却速度
由于CCT图的测试较难,所以到目前为止还有许多钢的CCT图尚未建立,而TTT图较易建立,许多钢的TTT图已基本成型,因此研究应用TTT图估计VC是很有意义的.
从纵轴由A1开始作冷却曲线与TTT图开始线相切,该冷却曲线所代表的冷却速度VC ,可用下式描述:
考虑到CCT图位于TTT图的右下方,将上式修正,即得到近似的VC:
注意:只适用于VC决定抑制P转变的临界冷却速度的情况.
四,奥氏体图的应用
(一)TTT图的应用
1,分级淬火:表面和心部温度一致.
2,等温淬火:获得下贝氏体.
3,退火和等温退火:珠光体转变.
4,形变热处理 :将形变强化和热处理强化结合.
(二),CCT图的应用
1,预计热处理后的组织和硬度
2,选择冷却规范,确定淬火介质