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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,过冷奥氏体转变动力学,TTT,与,CCT,曲线,第1页,钢在热处理时冷却方式,热,加,保温,时间,温度,临界温度,连续冷却,等温冷却,第2页,1.,过冷奥氏体等温转变动力学图（,TTT,图,）,过冷奥氏体等温转变曲线又称,TTT,图,、,IT,图或,C,曲线,。综合反应了过冷奥氏体在冷却时等温转变温度、等温时间和转变量之间关系（即反应了过冷奥氏体在不一样过冷度下等温转变转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变量与等温温度、等温时间关系）。,TTTTemperature Time Transformation,ITIsothermal Transformation,第3页,1.1,过冷,A,等温转变动力学图基本形式,（一）共析钢,C,曲线分析,1.线、区意义,线：纵坐标为温度，横坐标为时间,，,临界点,A,1,线，,M,S,线,，,M,f,线,，,转变开始线，转变终了线。,区：,A,1,以上为稳定,A,区，过冷,A,区,，,过冷,A,等温转变区（,AP、AB），,转变产物区（,P,、,B,），,M,形成区（,AM）、M,转变产物区（,M,或,M+Ar,）,孕育期最短部位，即转变开始线突出部分，称为鼻子。,第4页,共析碳钢,TTT,曲线分析,稳定奥氏体区,过冷奥氏体区,A,向产,物转变开始线,A,向产物,转变终止线,A,+,产,物,区,产物区,A,1,550,;,高温转变区,;,扩散型转变,;P,转变区。,550,230,;,中温转变,区,;,半扩散型转变,;,贝氏体,(B),转变区,;,230,-50,;,低温转,变区,;,非扩散型转变,;,马氏体,(M),转变区。,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,第5页,2.转变产物依等温温度不一样，大致可分为三个温度区,：,(1).,P,型转变,：高温区（临界点,A,1,550）、,过冷度小，,P,型组织转变区，,AP；,扩散型相变,(2).,M,型转变,：低温区（在,M,S,以下）、过冷度大，发生,M,转变区域，,AM；,非扩散型相变,(,3).B,型转变,：中温区（550,M,S,），,发生,B,转变区域，,AB。,半扩散型相变,需要指出是，在中部区域,P,转变区和,B,转变区可能重合，得到,P,和,B,混合组织；在下部区域,M,转变和,B,转变可能重合，得到,M,和,B,混合组织；,第6页,共析钢等温转变产物及形貌,第7页3.共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“,C”,字形？,过冷奥氏体等温转变速度受两个主要原因：驱动力,Gv,和原子扩散系数,D,。,等温温度愈低，过冷度大，驱动力,Gv,大，等温转变速度越大；但等温温度愈低，扩散系数,D,减小，原子扩散能力下降，转变速度减小；这两个原因作用是矛盾。,（1）高温时，过冷度小，驱动力,Gv,小，扩散系数,D,大，原子扩散能力大，以驱动力,Gv,影响为主。,（2）低温时，过冷度大，驱动力,Gv,大，扩散系数,D,小，原子扩散能力小，以扩散系数,D,影响为主。,上述两个原因综合作用结果，在550是驱动力和原子扩散作用都充分发挥，使孕育期最短，使,TTT,图呈“,C”,字形。,总而言之，,TTT,图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变综合。,第8页,（二）非共析钢过冷,A,等温转变曲图与共析钢,A,等温转变图不一样,是：,对亚共析钢在发生,P,转变之前有先共析,F,析出，所以亚共析钢过冷,A,等温转变曲线在左上角有一条先共析,F,析出线，且该线随含碳量增加向右下方移动，直至消失。,对过共析钢在发生,P,转变之前有先共析渗碳体析出，所以过共析钢过冷,A,等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳体析出线，且随含碳量增加向左上方移动，直至消失。,第9页,亚共析钢,C,曲线,第10页,亚共析钢,TTT,曲线,P+F,S+F,T,B,M+A,残,A,3,Time(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,T(),0,400,A,1,Ms,M,f,Move,right,Move down,Fe3C,A,第11页,过共析钢,C,曲线,第12页,过共析钢,TTT,曲线,P+Fe,3,C,S+Fe,3,C,T,B,M+A,残,Fe,3,C,A,A,CM,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,第13页,（,三）合金钢过冷,A,等温转变曲线,合金钢过冷A,等温转变曲线因为受碳和合金元素影响，图形比较复杂。,常见,C,曲线有四种形状：,(,a),表示,AP,和,AB,转变线重合；,(,b),表示转变终了线出现二个鼻子；,(,c),表示转变终了线分开，珠光体转变鼻尖离纵轴远；,(,d),表示形成了二组独立,C,曲线。,总而言之，,C,曲图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变综合。需指出是珠光体转变和贝氏体转变可能重合得到珠光体加贝氏体混合组织。贝氏体转变与,M,转变也会叠,。,第14页,1.2,影响过冷奥氏体,C,曲线形状原因,A,成份：,Wc,和合金元素,奥氏体状态：奥氏体晶粒大小影响、加热温度和保温时间、原始组织,应力,塑性变形,第15页,（一）,A,成份,1.,含碳量,含碳量不改变,C,曲线形状但对珠光体转变、贝氏体转变影响不一样。,（1）对珠光体转变,非共析钢在发生珠光体转变之前有先共析相（铁素体、渗碳体）析出，所以非共析钢过冷奥氏体等温转变,C,曲线在左上角有一条先共析相析出线，且先共析相析出线随含碳量改变而移动。,共析钢,C,曲线最靠右，亚共析钢,C,曲线随含碳量增加向右移动；过共析钢,C,曲线随含碳量增加向左移动。,碳对,C,曲线影响不如,Me。,所以，共析钢,C,曲线离纵轴最远，共析钢过冷奥氏体最稳定。,第16页,奥氏体中含碳量影响,:,过共,析钢,共析,钢,亚共,析钢,时间,温度,A,1,第17页,非共析钢和共析钢,TTT,图比较,第18页,原因：,在相同条件下，随亚共析钢中碳含量增加，取得铁素体晶核几率下降，铁素体长大时需扩散去碳量增大，扩散距离增大，先共析铁素体析出孕育期增加，铁素体析出速度下降；普通认为铁素体析出有利与珠光体转变，而珠光体析出在铁素体之后，铁素体析出速度减慢，珠光体析出速度也减慢，,C,曲线向右移动。,在过共析钢中，若在,Ac1Accm,之间加热，随碳含量增加，奥氏体中碳含量不变，未溶渗碳体量增加，未溶渗碳体有促进珠光体形核作用，降低了奥氏体稳定性，,C,曲线向左移动。若在,Accm,以上加热，随碳含量增加，奥氏体中碳含量增加，取得渗碳体晶核几率增加，先共析渗碳体与珠光体孕育期缩短，析出速度增加，转变速度增加。这是因为随碳量增加，珠光体形成是在渗碳体之后，故也加紧。,C,曲线向左,移动。,第19页,（2）对贝氏体转变,贝氏体长大速度是受碳扩散控制（碳在铁素体内脱溶）。这是因为贝氏体转变时领先相为铁素体，随奥氏体中碳含量增加，取得铁素体晶核几率下降。铁素体长大时，转变时需扩散原子量增加，贝氏体转变之前铁素体转变速度下降，贝氏体转变也减慢，,C,曲线右移。,（,3,）对马氏体转变,碳含量（,Wc）,增加，,Ms,下降、,M,f,下降；,Ms,和,M,f,下降不一致。,Wc0.6%，M,f,比,Ms,下降得快。,碳含量增加，,Wc0.2%，Ms,直线下降。,Wc0.6%，M,f,下降迟缓，,M,f,0（,低于室温）。,第20页,2.,合金元素,假如碳化物全部溶入奥氏体，除,Co、Al,以外，大多数合金元素总是不一样程度地延缓珠光体和贝氏体相变，这是因为它们溶入奥氏体后，增大奥氏体稳定性，从而使,C,曲线右移。其中碳化物形成元素影响最为显著。假如碳化物形成元素未能溶入奥氏体，而是以残余未溶碳化物微粒形式存在，则将起相反作用，使,C,曲线左移。,假如碳化物全部溶入奥氏体，除,Co,、,Al,外，大多数合金元素总是不一样程度地降低马氏体转变温（,Ms,、,Mf,），,并增加残余奥氏体量。,第21页,合金元素对,C,曲线影响,可分为两大类,：,（1）非（或弱碳化物形成元素：主要有,Co、Ni、Mn、Cu、Si、B,等。这类元素 除,Co,外使,C,曲线右移，但对,C,曲线形状影响不大。,（2）碳化物形成元素：,主要有,Cr,、,Mo,、,W,、,V,、,Ti,、,Nb,等。这类元素溶入奥氏体，从而使,C,曲线右移，且改变,C,曲线形状和位置，使珠光体转变,C,曲线移向高温、贝氏体转变,C,曲线移向低温，从而,C,曲线分离成上下两部分，展现双,C,曲线特征。合金元素对贝氏体转变与对珠光体转变影响有所不一样。,第22页,合金元素影响,:,除,Co,、,Al(,2.5%),外,全部合金元,素溶入奥氏体中,会引发,:,向右移,向下移,Ms,A,1,A,1,Ms,含,Cr,合金钢,第23页,（1）对珠光体转变,除,Co,、,Al,以外，大多数合金元素是延缓,P,转变,。,合金元素对,P,转变动力学影响原因：,合金元素自扩散、对碳扩散、改变了,A,F,转变速度、改变了临界点、对奥氏体,/,F,界面拖拽作用。在这些合金元素中,Mo,影响最为强烈，,W,为,Mo,影响二分之一，,Cr,、,Mn,、,Ni,显著提升过冷,A,稳定性，,Si,、,Al,稍有提升过冷,A,体稳定性，,Co,减小过冷,A,稳定性。,（,2）对马氏体转变,除,Co、Al,以外，大多数合金元素使,Ms、M,f,下降。,化学成份对,Ms,点影响原因：（,1,）、改变了,T,0,；2,）、,改变了奥氏体强度。,（3）对贝氏体转变,除,Co,、,Al,以外，大多数合金元素是延缓,B,转变，这是因为它们溶入,A,后，增大其稳定性，从而使,C,曲线右移。但它们作用不如碳显著。,合金元素对,B,转变动力学影响原因：,（,1,）合金元素影响碳在,A,和,F,中扩散；改变了,A,F,转变速度；改变了,B,S,点；影响在一定温度下相间自由能差，影响驱动力。强碳化物形成元素减缓,B,转变速度。,第24页,（二）奥氏体状态,1.,奥氏体晶粒大小影响,奥氏体晶粒度增加，晶粒愈细，晶界面积增多，使晶界形核珠光体易于形核，有利于珠光体转变发生，,C,曲线左移；即使使贝氏体转变速度增加，,C曲线左移。但对晶内形核贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥氏体晶粒长大，缺点降低及奥氏体均匀化。马氏体形成阻力减小，,Ms,升高。,2.,加热温度和保温时间,加热温度和保温时间主要是经过改变奥氏体成份和状态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成份不一定是钢成份，所以加热温度和保温时间不一样，得到奥氏体也不一样，必定对随即冷却转变起影响。,3.,原始组织,主要影响奥氏体成份均匀性。原始组织愈细，加热后奥氏体均匀化快，奥氏体成份愈均匀，随之冷却后珠光体转变和贝氏体转变形核率下降，长大减慢，,C,曲线右移。,原始组织愈粗，奥氏体成份不均匀，促进奥氏体分解，,C,曲线左移。,第25页,1）对珠光体转变,提升奥氏体化加热温度和保温时间，一使奥氏体晶粒长大，晶界面积降低，珠光体形核位置降低，使珠光体难于形核，,C,曲线右移；二使奥氏体均匀化程度高，浓度梯度下降，形核长大减慢，,C,曲线右移。所以一定要指明成份，晶粒度及奥氏体化温度，才可查得对应,C,曲线。,当奥氏体化温度下降，保温时间缩短,奥氏体成份不均匀，晶粒减小，晶界面积增加，珠光体形核位置增加，形核率增加，,C,曲线左移。,上述二种影响，当珠光体转变是在高温时更为猛烈。,第26页,（2）对马氏体转变,加热温度和保温时间影响是两方面。提升奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大，缺点降低及奥氏体均匀化。马氏体形成阻力减小，,Ms,升高。提升奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶入奥氏体中。,Ms,下降。若排除化学成份影响，提升奥氏体化加热温度和保温时间，使,M,S,升高。,（3）对贝氏体转变,奥氏体化温度越高，奥氏体成份均匀化程度高，减缓碳再分配；同时奥氏体晶粒越大，贝氏体转变孕育期越长，贝氏体转变速度减慢，,C,曲线右移。,第27页,（三）塑性变形,塑性变形加速珠光体转变，,C,曲线左移。但对贝氏体转变在高温（8001000）进行塑性变形，贝氏体转变孕育期越长，贝氏体转变速度减慢，转变不完全性增大，,C,曲线右移；在,B,S,点低温亚稳奥氏体区进行塑性变形加速贝氏体转变，,C,曲线左移。,对马氏体转变来说，若在,Ms,以上某一温度范围内经塑性变形会促进奥氏体在该温度下向马氏体转变，使,Ms,升高，产生,应变诱发马氏体,。若在,Ms,M,f,温度范围内某一温度进行塑性变形也会促进奥氏体在该温度下向马氏体转变。若在,M,d,以上某一温度范围内经塑性变形不会产生应变诱发马氏体,第28页,（四）应力,在奥氏体状态下施加拉应力或单向压应力，促进奥氏体分解，珠光体转变和贝氏体转变加紧，,C,曲线左移，,Ms,升高。在奥氏体状态下施加多向压应力，减慢奥氏体分解，珠光体转变和贝氏体转变减慢，,C,曲线右移，,Ms,下降。,总而言之，过冷奥氏体等温转变曲线形状和位置受上述各种原因影响，所以在使用时必须注意其标明试验条件，包含钢成份（包含微量元素）、奥氏体化条件、外界条件等。,第29页,1.3,C,曲线测定方法,TTT,图建立是在等温冷却条件下，利用过冷奥氏体等温转变产物组织形态和物理性质改变，经过试验方法绘制。,常见测定方法有,：,金相法；,硬度法；,膨胀法；,磁性法及电阻法等,第30页,以,金相法,为例介绍共析钢过冷奥氏体等温转变曲线建立。,金相法法,是将,金相法,和,硬度法,结合在一起方法，其原理是利用金相显微镜直接观察过冷奥氏体在不一样等温温度下进行等温转变产物组织形态和数量，并测量转变产物硬度，依据组织改变和硬度差异来确定过冷奥氏体等温转变转变开始时间和转变终了时间。在温度、时间坐标上绘制,C,曲线。,第31页,共析碳钢,TTT,曲线建立过程示意图,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,第32页,共析碳钢,TTT,曲线建立过程示意图,第33页,金相法硬度法,其过程,以下：,将共析钢加工成,10-15mm、,厚1.5,mm,圆片状试样，并分成若干组，每次取一组试样，在盐浴炉内加热使之奥氏体化后，置于一定温度恒温盐浴槽中进行等温转变，停留不一样时间之后，逐一取出并快速浸入盐水中，使等温过程中未分解奥氏体转变为新相马氏体。则淬火后得到马氏体量即等温过程中未及转变奥氏体量。将各试样经制备后进行组织观察。马氏体在显微镜下呈白亮色。可见，白亮马氏体数量就等于未转变过冷奥氏体数量。当在显微镜下发觉某一试样刚出现灰黑色产物（珠光体）（普通为99.5%马氏体）时，所对应等温时间即为过冷奥氏体,转变开始时间,，到某一试样中无白亮马氏体（普通为0.5%马氏体）时，所对应时间即为,转变终了时间,。用上述方法分别测定不一样等温条件下奥氏体转变开始和终了时间。,第34页,同时，在等温转变停留不一样时间之后，逐一取出并快速淬入盐水中，当奥氏体未发生等温转变时，淬入盐水后奥氏体全部转变为马氏体，硬度值高，为一定值；当奥氏体发生部分等温转变时，淬入盐水后组织为马氏体与珠光体或贝氏体混合组织，硬度值下降且随等温转变产物量增多而不停下降，直至转变完了，硬度值趋于一定值；即当奥氏体全部发生等温转变时，淬入盐水后组织为珠光体或贝氏体组织，硬度值低，也为一定值；硬度开始显著下降所对应等温时间即为过冷奥氏体,转变开始时间,，硬度开始保持不变所对应时间即为,转变终了时间,。用上述方法分别测定不一样等温条件下奥氏体转变开始和终了时间。,最终将全部转变开始和终了点标在温度、时间坐标上，并分别连接起来，即得到,过冷奥氏体等温转变曲线,，如图6-4。试验表明，当过冷奥氏体快速冷至不一样温度区间进行等温转变时，可能得到以下不一样产物及组织。,图下部,M,S,点、,M,f,点也由试验方法测定。,第35页,1.4,C,曲线应用,1.,等温淬火,将加热到淬火温度零件淬入350至,MS,点之间恒温槽中，长时间等温，可得到下贝氏体；,2.,等温退火,用于合金钢锻、铸件，以消除冷却时形成巨大应力。操作时将零件加热到完全退火高温区域，再冷却到,AP,区域等温，使发生,P,转变。,3.,形变热处理,形变热处理将合金钢加热到两条,C,曲线中间,A,稳定区域变形，可提升缺点密度及材料强度。,4.,定性解释连续冷却奥氏体转变过程,第36页,稳定奥氏体区,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400A,1,Ms,M,f,连续冷却过程中,TTT,曲线分析,V,1,V,2,V,k,V,3,V,4,V,1,=5.5/s:,炉冷,;P,V,2,=20/s:,空冷,;S,V,3,=33/s:,油冷,;T+M+A,残,V,4,138/s:,水冷,;M+A,残,第37页,共析钢过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中应用,第38页,2,过冷奥氏体连续转变动力学图,过冷奥氏体连续冷却转变图（又称,CCT,图或,CT,图）,：综合反应了过冷奥氏体在连续冷却时转变温度、时间和转变量之间关系（即反应了过冷奥氏体在不一样冷却速度下转变转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变量与转变温度、转变时间关系）。,CCT,Continuous Cooling Transformation,第39页,2.1,过冷奥氏体连续转变动力学图基本形式,（一）,共析钢,CCT,图,分析,共析钢过冷奥氏体连续转变动力学图基本形式如图，该图纵坐标为温度，横坐标为时间，采取对数坐标。,1.,线、区意义,线,：纵坐标为温度，横坐标为时间，,A,1,线，,M,S,、M,f,线、,P,转变开始线，,P,转变终了线，,P,转变中止线。,区,：稳定,A,区，过冷,A,区，过冷,A,连续冷却,P,转变区（,AP），M,形成区（,AM）、,转变产物区（,P,、,M,）。,注意：共析钢过冷奥氏体连续冷却转变图无贝氏体转变,第40页,2.,在不一样冷却速度下,A,发生转变,随冷却速度增加，,A,发生以下转变：,（1）,VV,C,，AP,全部,（2）,V,C,VV,C,，AM,全部,注意：,V,C,和,V,C,为临界冷却速度，,上临界冷却速度,V,C,下临界冷却速度,V,C,第41页,共析碳钢,TTT,曲线与,CCT,曲线比较,稳定奥氏体区,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,CCT,曲线,TTT,曲线,第42页,(二）非共析钢,CCT,图分析,1.亚共析钢,CCT,图,亚共析钢,CCT,图与共析钢,CCT,图有很大差异，,亚共析钢,CCT,图出现了先共析,F,析出区和贝氏体转变区。马氏体转变开始线与等温转变动力学图不一样，,M,S,不再为水平线，而是向右下侧倾斜，,这是因为珠光体与贝氏体转化，使奥氏体得到富化，而使,M,S,降低缘故。,35,CrMo,钢过冷奥氏体连续转变动力学图。图内有各种产物存在区域和各种速度冷却曲线。,冷却曲线终端小圆圈内数字为转变产物硬度值，可为洛氏硬度或维氏硬度。,冷却曲线与转变终了线交点处数字为该产物所占百分数。依据各冷却曲线经过区域及其与转变终了线交点处数字，就可断定在该冷速下冷却可得到转变产物及其所占百分数。,第43页,45,钢,CCT,图,第44页,2.过共析钢,CCT,图,过共析钢,CCT,图与共析钢,CCT,图相同，无贝氏体转变区，不一样是出现了先共析,Fe,3,C,析出区。,M,S,也不为水平线，而是向右上侧倾斜,，这是因为马氏体转变前有先共析,Fe,3,C,析出或部分珠光体转变，使周围奥氏体贫碳，而使,M,S,升高缘故。,第45页,3.,CCT,图类型,合金钢连续转变动力学图因为受碳和合金元素影响，,图形比较复杂。常见等温动力学图和连续转变动力学图请参考专门图册。,连续转变动力学图与奥氏体化条件,(,温度、时间,),相关，与奥氏体晶粒度相关，原因同等温转变相同。不一样冷却速度可得到不一样产物,第46页,2.3,过冷奥氏体连续转变动力学图测定,CCT,图建立是在连续冷却条件下，利用过冷奥氏体连续冷却转变过程中组织形态和物理性质改变，经过试验方法绘制。但测定困难，原因：,维持恒定冷速困难；各种组织准确定量困难；冷却过程中时间、温度准确测量困难。,测定方法有,：金相硬度法、膨胀法,、,端淬法及磁性法等。,第47页,以,金相硬度法,测定,CCT,图方法以下:,为取得恒定冷速，采取一组高度和内径相同而外径各不相同套。将一组高度和外径与上述套相匹配试样，放入套中，经奥氏体化后冷却。在同一个介质中，外径不一样套中试样有不一样冷却速度，这么就能够得到以不一样恒速冷却一组试样。经一定时间冷却后淬入盐水中，自套中取出试样，测定硬度和观察组织，就可得到不一样路径下转变开始点和结束点。将这些点连起来就组成了,CCT,图。,第48页,过冷奥氏体连续转变动力学图测定,第49页,内 容,P,转 变,B,转 变,M,转 变,转变,T,（上限,T),A1,550,（,A1,）,550,Ms,（,Bs,）,Ms,Mf,（,Ms,）,形成过程,形核与长大,形核与长大,形核与长大,领先相,F,或,Fe3C,F,无,是否有孕育期？,有,有,无,形核部位,晶界,晶界、晶内,晶体缺点,转变速度,慢,快,极快,切变共格性、浮凸效应,无,有,有,C,原子扩散,有,有,无,Fe,与,Me,原子,有,无,无,等温转变完全性,完全,能够完全、不完全,不完全,转变产物及组成,P,（,F+Fe3C,）,B,（,F+Cem,）,M(,单相）,转变产物形态,片状,羽毛、针叶状,板条、片状,转变产物硬度,低,中,高,第50页,