二、过冷奥氏体等温转变曲线图4-8 C曲线分析(1) A1线Ms(Mf)线(2) 各区组织(3) 孕育期o贝氏体转变特征一览表（共析钢）两种马氏体的性能比较（如下表所示）第六章 过冷奥氏体转变动力学图钢加热至临界点以上保温A。A冷却至临界点以下，是不稳定组织过冷A。过冷A在不同的冷却条件下，最终可能转变为P、B、M或它们的 混合组织，从而导致钢性能的多样化。冷却条件可以分为两类。1、平衡冷却或接近于平衡冷却条件Fe-C相图就是在这种条件下获得的Fe-C合金在平衡条件下， 成分、温度和显微组织之间的关系及变化规律。2、非平衡冷却条件，时间因素影响过冷A转变动力学图 研究某一成分钢的过冷A转变产物与温 度、时间的关系及其变化规律。掌握过冷A的非平衡冷却条件下的 转变规律，不仅可以深化对其本质的认识，而且对新型金属材料的 设计、材料的合理使用及热处理工艺的设计具有指导意义。 61 过冷奥氏体等温转变动力学图研究过冷A在非平衡状态冷却条件下的转变规律，实质上是研究 温度、时间这两个因素对转变产物的影响。可以用冷却速度dt/d 来描述温度和时间这两个相关因素。dt/d0时是平衡条件，否则就是非平衡条件。非平衡条件又可分为三种：快冷至某一温度后，在该温度下使dt/d0等温冷却；dt/d常数连续冷却；dt/df(t)或dt/df()， 即随温度或时间变化的连续冷却， 这是生产中常见的冷却条件。1过冷奥氏体等温转变动力学图TTT图的建立Time Temperature Transformation将过冷A迅速冷至A1以下某一温度等温，在等温冷却过程中发生的 转变过冷A等温转变。测定TTT图的方法有金相硬度法、膨胀法、磁性法及电阻法等。金相硬度法 使用圆形薄试样（直径1015mm，厚度1.0 1.5mm）。其步骤为(p29)(1) 将一组试样A化后，迅速置于一个规定的等温温度的恒温盐 浴炉中，停留不同时间之后，逐个取出试样淬入盐水中。于是尚 未转变的过冷A在淬入盐水后转变为M，因此，M量即未转变的过 冷A量。显然在恒温盐浴炉中停留时间不同，转变产物量就不同 。(2) 将试样磨制、抛光、腐蚀。在金相显微镜下观察并结合硬度 测试确定转变产物的类型和转变量，并确定各等温温度下的转变 开始点和终了点时间；(3) 绘制每一等温温度下的转变量与时间的转变动力学曲线；(4) 连接各等温温度下的转变开始点和转变终了点，绘制成过冷 A等温转变动力学图。金相硬度法的优点是能较准确地测出转变的开始点和终了点， 并能直接观察到转变产物的组织形态、分布状况及其数量，但其 缺点是所得结果不连续，并且要制作大量的金相试样，费时而麻 烦。 2TTT图概貌亚共析钢和过共析钢的TTT图在珠 光体转变之前有先共析相析出，即先共析 铁素体或碳化物。这类钢的TTT图在珠光 体转变开始线左侧有一条先共析相析出线 。由于对钢过冷A转变机制认识的不 断深入及测试设备精度的提高，发现高温 P转变区与B转变有部分的重叠，中温B转 变区与高温P转变及低温等温M有部分重叠 区，因此，过冷A转变产物按高、中、低 三个区域是不完全符合客观事实。但是， 在高、中、低三个温度区域的转变产物分 别是以P、B和M为主的提法是正确的。因 此，在实际生产中应用以往测试的TTT图 应考虑转变产物的重叠性。3影响过冷A等温转变动力学图形状的因素1）化学成分的影响 一般来说，除钴、铝以外的元素均使C曲线右移，增加过冷 A的稳定性。但碳的影响较为特殊，碳含量在0.8 1.0%,C曲线处 于最右侧，高于或低于这一含量时，C曲线均左移。即共析钢的过 冷A相对其它碳钢来说是最稳定的。但碳对C曲线的影响只有零点几 秒到几秒。合金元素改变C曲线的形状，使P转变区与B转变区分离，呈双C 曲线。几种合金元素同时加入钢中， 大大提高过冷A的稳定性，并可 抑制某种不能影响，而尽可能地发 挥其有益作用。p32举例说明：Cr的影响举例说明：Ni、Mn的影响2）A晶粒尺寸的影响 细小的A晶粒其界面积相对比较多，这有利 于P的形核，从而促进转变，使P转变左移。B转变的形核可在晶 内，故晶粒尺寸的影响较小 (Fig. 6-5)。 3）奥氏体均匀化 A成分愈均匀，依赖于扩散的新相形核与长大的 扩散时间愈多，因此C曲线右移。 4形变 形变使A晶内缺陷增多，使A晶内细化，使珠光体C曲线左移 。注：现有手册中同一钢种可能有几个C曲线，形状有所差异，这反 映了成分波动、奥氏体化温度变化等多种因素的影响。4过冷奥氏体等温转变动力学图的应用 1）确定分级淬火的停留温度。 2）确定等温淬火、等温退火的温度。 3）确定形变热处理的温度。62 过冷奥氏体连续冷却转变动力学图TTT图反映了过冷A等温转变的规律，在研究相变机理、组织形 态等方面很有意义。生产中应用更多的是过冷A连续冷却转变图 （CCT图Continuous Cooling Transformation）。 1CCT图的建立测定钢的CCT图的方法有端淬法、膨胀法等实验方法。1）端淬法 将一标准试样（直径25100mm）的圆周上沿长度方向 每隔一定距离钻一小孔，每个孔中均焊一热电偶，将试样A化后， 立即在其末端喷水冷却，这样，沿试样长度上各点具有不同的冷却 速度，并可通过自动记录仪表把冷却曲线记录下来。接着再将另一 试样重复上述操作，但其末端经过某一定时间（1）喷水冷却后即 迅速冷却后取下整体淬火，使该试样上对应与前者试样相同位置各 点的组织状态固定下来，最后将试样圆柱表明磨平进行金相观察， 即可知道各点的组织转变情况（转变产物及相对量）。再取另一些 试样重复上述操作，但分别经不同时间2、3喷水后迅速整体 淬火并作金相组织观察，便可知道试样上各点在整体冷却过程中 （不同时间）的组织转变情况，这样便可在冷却曲线上标注出其变 化，从而绘制出CCT图。2) 膨胀法2CCT图概貌过冷A在连续冷却条件下的转变产物和等温转变相似。包括P、B 、M以及先共析F或先共析碳化物等。但CCT图与TTT图有一些不 同之处。1）图中有一组在终端注有(小圆圈套住的)数字曲线。这是一组冷 却曲线。由于恒定冷却速度很难做到，一般以A化温度（或者 800）至500的平均冷却速度作为一种冷却速度来绘制CCT图 。由于CCT图的时间坐标为对数坐标，因此，冷却曲线为一组曲 线。2）冷却曲线和转变终了线交点所注的数字为这种坐标产物所占的百分量。3）M转变开始点Ms的水平线右侧为斜线。2CCT图概貌4）CCT图中不发生P、B转变的最小冷速称为临界冷速Vc。Vc是保证A在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到M区的最小冷速，称 为淬火临界冷却速度。2CCT图概貌3影响CCT图的因素影响CCT图的因素与影响TTT图的因素相同，即化学成分、奥氏体化温度、奥氏体晶内大小及冷却速度等。4CCT图的另一种形式这种CCT图的横坐标为园棒试样的直径，而且有三种分 度，分别为空气、油和水。这种图给出的组织是三种冷却 条件下园棒心部的组织。每种转变均有五条曲线，分别是 转变开始、转变10、50、90以及转变终了线。为了 使用方便，标注了在一定温度下（如700）各种直径园 棒在不同介质中冷却时心部的冷却速度。在实际生产中， 这种形式的CCT图十分有用，主要表现在一些几个方面。 1）确定转变范围 图中给出了一定直径的园棒在一定的冷却介质 中冷却时，在园棒的心部所发生的转变的性质以及转变的温度范 围。2）确定临界直径 从图中可以十分方便地知道在空气、水和油 中的淬火临界直径。3）推测心部硬度 各种钢的端淬实验曲线目前基本以手册的形 式给出。而端淬距水冷端距离和油冷试样直径的对应关系可由园棒 试样尺寸和端淬距离的关系查出，再由淬透性曲线可查出心部硬 度。6CCT图的应用CCT图反映了过冷奥氏体在连续冷却条件下发生转变的规律。由 于它和实际热加工的冷却条件比较相近，因此，可以用CCT图估计 实际热加工之后零件的组织和性能。尤其是用以园棒直径为横坐标 的CCT图最为方便。 1）预测热处理后零件的组织和性能 对应园棒形零件利用CCT图可 以十分方便地查出其表面和心部的冷却速度，从而判断其组织和性 能。不是园棒的零件可以换算为等效园棒直径后，再使用CCT图。 2）确定临界冷速 3）选择淬火介质 4）根据CCT图合理选择应使用的材料63 过冷A等温转变动力学图与连续转变动力学图的关系TTT图是制定热处理工艺的依据之一，多年来人们测定了大量的 TTT图。但它是一定成分，一定晶粒度及等温条件下测定的。如果 条件改变，TTT图将发生变化。而实际热处理工艺中条件千变万 化，因此，TTT图只能对制定热处理工艺提供粗略的依据。CCT图的 测定较为接近实际，但与实际冷却条件也还有差异，并由于测定比 较困难，至今实测的CCT图数量有限，应用也受到限制。用TTT图代 替CCT图，首先是不确切，同时也会导出错误的结果。近年来，人 们十分注意探索TTT图与CCT图的关系，并取得了很大进展。其方法 是建立孕育期消耗与温度、时间之间的关系，即对过冷A孕育期进 行数字化处理，用等温转变的TTT图确定由连续冷却转变图确定的 临界冷速Vc。1等温转变的孕育期消耗的数学处理P转变与B转变等均有孕育期。可以假设，当孕育期消耗完毕时， 转变即开始。等温转变时，孕育期是在恒定温度下被消耗的。连续 冷却时，孕育期是在不同温度下被消耗的。如果能根据TTT图计算 出以一定速度连续冷却时孕育期的消耗量，则可得出当孕育期被消 耗完了时所需的时间及冷却到的温度，此时转变将开始。过冷A向P或B转变时，恒温下消耗完孕育期转变方可开始。不同 温度下孕育期的长短取决于TTT图转变开始线距纵轴的距离ZI。设温度为TI时，孕育期ZI，将ZI等分为n个 ，随时间的增 长，孕育期消耗增加。当消耗量(6-1)即当上式中等于1时孕育期结束，过冷A 等温转变开始。也就是把每一等温温度下 的孕育期用（61）式处理，来判断在该 温度下等温转变是否开始。2过冷奥氏体连续冷却孕育期消耗的数学处理既然等温转变是否开始可用孕育期消耗来进行数学处理，用已大 量制作的TTT图来推出对热处理非常重要的临界冷却速度Vc，以减 少对制作较少的CCT图的依赖。设匀速冷却V。可以把连续冷却过程看作是由 许多个在不同温度下的微小的等温过程所组成的。 在连续冷却曲线上，每一微小的时间段都对应着 某一温度TI，而每一个温度TI又都对应着一定的 孕育期ZI。这样，在过冷奥氏体转变温度范围内 任一温度TI下的 /Z即表示在该温度下的孕育作 用或孕育分数，亦即连续冷却时在各温度下停留时间所起的作用只 相对于该温度下整个孕育期所起作用的一部分。既然不同温度Ti下 孕育期ZI不同，因而在不同温度下停留所起的作用便不同，那么在 不同温度下所完成的每一小段所需消耗的时间为： 则每一温度下的孕育期相对消耗分别为：即从A1Tn(鼻温)消耗的孕育期为（设在每一温度下停留的时间）：讨论：当温度高于鼻温Tn时Z1Z2Zn所以有 又因为等温转变时,在鼻温的孕育期为Zn=n ,转变才开始。所以由（62）式代表连续冷却曲线所消耗的孕育 期为由上式可以看出，在连续冷却时需进一步增长冷却时间转变方可 开始。即可得出结论，CCT图位于TTT图的右下方。也就是说两类转 变图之间存在较大的差别，故简单地用TTT图来估计CCT图是不够精 确的。但可以用大量制作的TTT图来估算临界冷速VC。VC 注：（64）仅适用抑制珠光体转变的临界冷速。