铁碳相图的应用讲述

铁碳相图的应用（C曲线与CCT曲线）钢在加热时的转变一、钢的奥氏体转化二、钢的奥氏体化过程主要内容一、钢的奥氏体化钢坯加热实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以30-50℃/h的速度加热或冷却时测得的。二．钢的奥氏体化过程包括晶格改组和Fe、C原子的扩散过程，遵循形核、长大规律优先在相界（F、Fe3C）形核Why?分为四步共析钢奥氏体化过程亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的等温转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变主要内容1、等温冷却把加热到A状态的钢，快速冷却到低于Ar1某一温度，等温一段时间，使A发生转变，然后再冷却到室温。2、连续冷却把加热到A状态的钢，以不同的冷却速度（空冷，随炉冷，油冷，水冷）连续冷却到室温。一、钢在热处理时的冷却方式热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却二、过冷奥氏体的等温转变曲线将不同温度下的S曲线整理在时间-温度曲线上，可以得到相变的综合动力学曲线，即等温转变曲线。等温转变曲线表示了转变量、转变温度和转变时间之间的关系，一般是由两条形状呈C形的曲线构成，所以我们也将其称之为C曲线。T1等温动力学曲线转变体积分数xt0T1T2T3T2T3100%金相硬度法奥氏体和转变产物的金相形态和硬度不同。膨胀法奥氏体和转变产物的比容不同。磁性法及电阻法奥氏体为顺磁性，转变产物为铁磁性。C曲线的测定方法（1）选择一系列试样，将试样加热奥氏体化；（2）将试样在A1点下不同温度保温不同时间；（3）淬水冷却，以保留，固定转变产物；（4）确定各温度、时间下转变产物及转变量；（5）建立转变温度，转变时间与转变产物、转变量的关系曲线。实验步骤:共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A11、共析钢的过冷A等温转变动力学图（1）线、区的意义线：纵坐标为温度，横坐标为时间，临界点A1线，MS线，Mf线，转变开始线，转变终了线。区：A1以上为稳定A区，过冷A区，过冷A等温转变区（A→P、A→B），转变产物区（P、B），M形成区（A→M）、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。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A1～550℃;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)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（2）转变产物依等温温度不同，大体可分为三个温度区：1)P型转变：高温区（临界点A1～550℃），过冷度小，P型组织转变区，A→P，扩散型相变；2)B型转变：中温区（550℃～MS），发生B转变的区域，A→B，半扩散型相变；3)M型转变：低温区（在MS以下），过冷度大，发生M转变的区域，A→M，非扩散型相变。需要指出的是，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。1）高温转变--P转变(Ar1~550℃)A→F+Fe3C(片层相间平行排列的机械混合物)温度A相变层片间距HRCAr1-650℃A→P150-450nm20650℃~600℃A→S80-150nm30600℃~550℃A→T30-80nm402）中温转变—贝氏体转变(550℃~220℃)A→B(F+Fe3C)，其中F具有一定过饱和度A→B上(550℃~350℃），羽毛状Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生脆断,HRC=45。A→B下(350℃~220℃），针状强韧性好,Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内3）低温转变----M转变(C在α--Fe中过饱和固溶体)Ms→MfHRC=62~65为什么呈C字形（存在鼻点）？过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而△T↑，△G↑，D↓。在A1～550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。2、非共析钢的过冷A等温转变动力学图对亚共析钢在发生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。亚共析钢的TTT曲线FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf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。过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线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－ContinuousCoolingTransformation1、共析钢CCT图分析（1）线、区的意义线：纵坐标为温度，横坐标为时间，A1线，MS、Mf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（A→P），M形成区（A→M）、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（2）冷却速度对转变产物的影响当VVc时，A过→M当VVc’时，A过→P当VcVVc’时，A过→M+P实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线代替CCT曲线作定性分析，判断获得M的难易程度。注意：VC’和VC为临界冷却速度上临界冷却速度VC—下临界冷却速度VC’—稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf连续冷却过程中TTT曲线的分析V1V2V3V4V1=5.5℃/s炉冷;PV2=20℃/s空冷;SV3=33℃/s油冷;T+M+A残V4≥138℃/s水冷;M+A残2、亚(或过)共析碳钢的连续冷却转变曲线图0.30%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930℃；时间：30min图0.90%C钢连续冷却转变曲线奥氏体化温度：930℃；时间：30min3、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图有很大的差别，亚共析钢CCT图出现了先共析F析出区和贝氏体转变区。向下曲折（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Fe3C析出区。向上曲折①共析、过共析钢的CCT图上无贝氏体转变区原因：由于碳含量较高，使贝氏体相变需要扩散更多的碳原子，转变速度太慢，从而在连续冷却条件下，转变难以实现。母相奥氏体的碳含量较高时，奥氏体的屈服强度也较高，导致切变阻力增大，难以按切变机制实现点阵改组。②MS线发生曲折有部分贝氏体相变时，贝氏体铁素体先析出，提高了A中的碳含量，MS↓，向下曲折。有部分珠光体相变时，渗碳体是领先相，使A的C%↓，MS↑，向上曲折。③CCT曲线位于C曲线的右下方连续冷却转变时转变温度较低，孕育期较长。共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线1、CCT曲线相对于TTT图向右下方移动2、CCT曲线只有相当于TTT图上半部分3、共析、过共析钢的CCT图上不出现B相变。4、转变在一个温度范围内完成，往往获得混合组织5、存在临界冷却速度（Vc）主要由于C%高，B体相变需要扩散较多碳原子，相变速度太慢，从而在实际冷却条件下，难以实现相变对成分的要求。母相C%高，导致切变阻力增大，难以实现按切变机制实现点阵改组的模式。Ms线发生曲折F先析出，B相变，使A的C%↑，使之向下曲折（Ms下降）。部分P相变，使A的C%↓，Ms↑，向上曲折。不同冷却条件下的转变产物(共析钢)等温退火P退火(炉冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf时间温度淬火PP均匀A细A？