热处理C曲线精编版精编版课件

,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,*,*,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,*,*,过冷奥氏体转变动力学图,过冷奥氏体转变动力学图,过冷,A,在非平衡条件下冷却，可有如图的几种形式：,其中：,(a) dT/d= 0,，为等温冷却；,(b) dT/d= C,，为连续冷却；,(c) dT/d= f(),，为实际冷却,第一节 过冷奥氏体等温转变动力学图,过冷A在非平衡条件下冷却，可有如图的几种形式： 第一节 过冷,过冷奥氏体等温转变曲线又称,TTT,图、,IT,图或,C,曲线,。综合反映了过冷奥氏体在冷却时的等温转变温度、等温时间和转变量之间的关系（即反映了过冷奥氏体在不同的过冷度下等温转变的转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变量与等温温度、等温时间的关系）。,TTTTemperature Time Transformation,ITIsothermal Transformation,过冷奥氏体等温转变曲线又称TTT图、IT图或C曲线,一、,过冷,A,等温转变动力学图的基本形式,（,一）共析钢的,C,曲线分析,1.线、区的意义,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,）,孕育期最短的部位，即转变开始线的突出部分，称为鼻子。,一、过冷A等温转变动力学图的基本形式 （一）共析钢的C曲线分,共析碳钢,TTT,曲线的分析,稳定的奥氏体区,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,说明：,在中部区域,P,转变区和,B,转变区可能重叠，得到,P,和,B,的混合组织；在下部区域,M,转变和,B,转变可能重叠，得到,M,和,B,的混合组织；,共析碳钢 TTT 曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产,3.共析钢的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因素：,新相与母相间的自由能差,Gv,和原子的扩散系数,D,。这两个因素作用是矛盾的。,（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。,上述两个因素综合作用的结果，在550是驱动力和原子的扩散的作用都充分发挥，使孕育期最短，使,TTT,图呈,“,C,”,字形。,综上所述，,TTT,图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变的综合。,3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”字,（二）非共析钢的过冷,A,等温转变图,与共析钢的,A,等温转变图不同的是：,对亚共析钢在发生,P,转变之前有先共析,F,析出，因此亚共析钢的过冷,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，因此过共析钢的过冷,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。,（二）非共析钢的过冷A等温转变图,亚共析钢的,TTT,曲线,F,A,P + F,S + F,T,B,M + A,残,A,3,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,亚共析钢的TTT曲线 FP,过共析钢的,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,过共析钢的TTT曲线P + Fe3C S,（三）合金钢的过冷,A,等温转变曲线,合金钢的过冷,A,等温转变曲线由于受碳和合金元素的影响，图形比较复杂。,常见的,C,曲线有四种形状：,(,a),表示,AP,和,AB,转变线重叠；,(,b),表示转变终了线出现的二个鼻子；,(,c),表示转变终了线分开，,珠光体转变的鼻尖离纵轴远；,(,d),表示形成了二组独立的,C,曲线。,（三）合金钢的过冷A 等温转变曲线,二、,影响过冷奥氏体,C,曲线形状的因素,A,的成分：,C,和合金元素,奥氏体状态：奥氏体晶粒大小的影响、加热温度和保温时间、原始组织,应力,塑性变形,二、 影响过冷奥氏体C曲线形状的因素 A的成分：C和合金元素,（一）,A,的成分,1.,含碳量,含碳量不改变,C,曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变的影响不同。,（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，因此非共析钢的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的变化而移动。,共析钢的,C,曲线最靠右，亚共析钢的,C,曲线随含碳量增加向右移动；过共析钢的,C,曲线随含碳量增加向左移动。,碳对,C,曲线的影响不如,Me。,因此，共析钢的,C,曲线离纵轴最远，共析钢的过冷奥氏体最稳定。,（一）A的成分,非共析钢和共析钢的,TTT,图比较,非共析钢和共析钢的TTT图比较,原因：,在相同条件下，随亚共析钢中碳含量增加，获得铁素体晶核几率下降，铁素体长大时需扩散去的碳量增大，扩散的距离增大，先共析铁素体析出的孕育期增长，铁素体析出速度下降；一般认为铁素体析出有利与珠光体转变，而珠光体的析出在铁素体之后，铁素体析出速度减慢，珠光体的析出速度也减慢，,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，未溶的渗碳体的量增加，未溶的渗碳体有促进珠光体形核的作用，降低了奥氏体的稳定性，,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，获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。这是由于随碳量增加，珠光体的形成是在渗碳体之后，故也加快。,C,曲线向左,移动。,原因：,（2）对贝氏体转变,贝氏体长大速度是受碳扩散控制（碳在铁素体内的脱溶）。这是由于贝氏体转变时领先相为铁素体，随奥氏体中碳含量的增加，获得铁素体晶核几率下降。含碳量增加时，转变时需扩散的原子量增加，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,下降缓慢，,M,f,0（,低于室温）。,（2）对贝氏体转变,2.合金元素,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,曲线的形状影响不大。,（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,曲线的形状和位置，使珠光体转变的,C,曲线移向高温、贝氏体转变的,C,曲线移向低温，从而,C,曲线分离成上下两部分，呈现双,C,曲线的特征。,2.合金元素 合金元素对C曲线影响,合金元素的影响,:,除,Co,、,Al (,2.5% ),外,所有合金元,素溶入奥氏体中,会引起,:,向右移,向下移,Ms,A,1,A,1,Ms,含,Cr,合金钢,合金元素的影响:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢,（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,转变动力学影响的原因：合金元素的自扩散、对碳的扩散、改变了,AF,转变速度、改变了临界点、对奥氏体/,F,界面的拖拽作用。在这些合金元素中,Mo,的影响最为强烈，,W,为,Mo,的影响一半，,Cr、Mn、Ni,明显提高过冷,A,的稳定性，,Si、Al,稍有提高过冷,A,体的稳定性，,Co,减小过冷,A,的稳定性。,（,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,化学成分对,Ms,点的影响的原因：改变了,T,0,；,改变了奥氏体的强度。,（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。,原因：合金元素溶入,A,后，增大其稳定性，从而使,C,曲线右移。合金元素对,B,转变动力学影响的原因：合金元素影响碳在,A,和,F,中扩散；改变了,AF,转变速度；改变了,B,S,点；影响在一定温度下的相间自由能差，影响驱动力。强碳化物形成元素减缓,B,转变速度。,总之，,Co,、,Al,可促进冷却转变，其他合金元素大多阻碍转变,（1）对珠光体转变总之，Co、Al可促进冷却转变，其他,（二）奥氏体状态,1. 奥氏体晶粒大小的影响,奥氏体晶粒度增加，晶粒愈细，晶界面积增多，使晶界形核的珠光体易于形核，有利于珠光体转变发生，,C,曲线左移；虽然使贝氏体转变速度增加，,C,曲线左移。但对晶内形核的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，缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小，,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通过改变奥氏体成分和状态来影响珠光体转变和贝氏体转变。因为奥氏体成分不一定是钢的成分，所以加热温度和保温时间不同，得到的奥氏体也不一样，必然对随后的冷却转变起影响。,3.原始组织,主要影响奥氏体成分均匀性。原始组织愈细，加热后奥氏体均匀化快，奥氏体成分愈均匀，随之冷却后珠光体转变和贝氏体转变的形核率下降，长大减慢，,C,曲线右移。,原始组织愈粗，奥氏体成分不均匀，促进奥氏体分解，,C,曲线左移。,（二）奥氏体状态,（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，贝氏体转变的孕育期越长，贝氏体转变的速度减慢，转变的不完全性增大，,C,曲线右移；在,B,S,点低温亚稳的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,MsM,f,温度范围内的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,（三）塑性变形,（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快，,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。,综上所述，过冷奥氏体等温转变曲线的形状和位置受上述多种因素的影响，因此在使用时必须注意其标明的试验条件，包括钢的成分（包括微量元素）、奥氏体化条件、外界条件等。,（四）应力,三、,C,曲线的应用,1.等温淬火,将加热到淬火温度的零件淬入350至,MS,点之间的恒温槽中，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，以消除冷却时形成的巨大应力。操作时将零件加热到完全退火的高温区域，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,曲线中间的,A,稳定区域变形，可提高缺陷密度及材料强度。,4.定性解释连续冷却的奥氏体转变过程,三、 C曲线的应用 1.等温淬火,等温淬火工艺曲线示意图,等温淬火工艺曲线示意图,稳定的奥氏体区,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,连续冷却过程中,TTT,曲线的分析,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,稳定的奥氏体区时间(s)300102103104101080,第二节,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）：综合反映了过冷奥氏体在连续冷却时的转变温度、时间和转变量之间的关系（即反映了过冷奥氏体在不同的冷却速度下转变的转变开始时间、转变终了时间、转变产物类型、转变量与转变温度、转变时间的关系）。,CCT,Continuous Cooling Transformation,第二节 过冷奥氏体连续转变动力学图 过冷奥氏体,一、,过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式,（一）,共析钢,CCT,图,分析,共析钢过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式如图，该图的纵坐标为温度，横坐标为时间，采用对数坐标。,1.线、区的意义,线：,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：,共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变图无贝氏体转变,一、 过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式 （一）共析钢CC,过冷奥氏体连续冷却转变图（,CCT,图）,V,k,时间,(lg),温度,A,1,P,f,Ps,A,P,K,Ms,Mf,水冷,油冷,V,k1,炉冷,空冷,转变中止线,V,k1,不发生,M,转变的最大冷速,V,k,全部转变成,M,的最小冷速,Ps,珠光体转变开始线,P,f,珠光体转变结束线,马氏体转变开始线,马氏体转变结束线,随冷却速度增加，,A,发生以下转变：,（1）,VV,k1,，AP,全部,（2）,V,k1,VV,k,，AM,全部,过冷奥氏体连续冷却转变图（CCT图）,共析碳钢,TTT,曲线与,CCT,曲线的比较,稳定的奥氏体区,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,共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较 稳定的奥,(二）非共析钢,CCT,图分析,1. 亚共析钢,CCT,图,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同，,M,S,不再为水平线，而是向右下侧倾斜，这是由于珠光体与贝氏体的转化，使奥氏体得到富化，而使,M,S,降低的缘故。,35CrMo,钢的,CCT,图,图内有各种产物存在的区域和各种速度的冷却曲线。冷却曲线终端的数字为转变产物的硬度值，可为洛氏硬度或维氏硬度。冷却曲线与转变终了线交点处的数字为该产物所占的百分数。,(二）非共析钢CCT图分析35CrMo钢的CCT图,2. 过共析钢,CCT,图,过共析钢,CCT,图与共析钢,CCT,图相似，无贝氏体转变区，不同的是出现了先共析,Fe,3,C,析出区。,M,S,也不为水平线，而是向右上侧倾斜，这是由于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,升高的缘故。,2. 过共析钢CCT图,二、,过冷奥氏体连续转变动力学图的应用,(1)确定临界冷速,(2) 选择淬火介质,(3) 预测热处理后零件的组织和性能,二、 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用,热处理C曲线精编版精编版课件,不同直径棒材料在水，油，空气中冷却曲线,纵坐标为各种奥氏体化的温度,不同直径棒材料在水，油，空气中冷却曲线,二、 改型,CCT,图,该图的纵坐标为温度，横坐标为用700时心部的冷速来表示的。每一确定的冷速又对应了不同冷却条件(空冷、油冷、水冷)下的某一直径的心部冷速。如：700 时的冷速为50 /,min，,就相当于直径为50,mm,空冷的圆棒，直径为250,mm,油冷的圆棒及直径为270,mm,水冷的圆棒心部的冷速。图中的粗实线表示了不同的转变，其中各平行线表示了转变的百分数。,另一种形式的,CCT,图,二、 改型CCT图 该图的纵坐标为温度，横坐标为,上图的应用如下：,（1）了解和确定转变的范围。,如在图中可读出，贝氏体转变发生在490至,MS,之间。又如已知了冷却介质和试样直径，从图上可直接读出心部组织。例如，可读出直径50,mm,的试样，空冷后心部得到贝氏体组织。,（2）确定临界直径和临界冷却速度。,临界直径即淬火后，整个圆棒均为马氏体的最大直径；临界冷速即淬火后，整个圆棒均为马氏体的最小冷速。例如，由图可读出，空冷临界直径为10,mm，,油冷临界直径为100,mm，,水冷临界直径为120,mm。,（3）,推测心部硬度,另一种形式的,CCT,图,上图的应用如下：另一种形式的CCT图,