TTT和CCT

过冷奥氏体转变动力学TTT与CCT曲线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）。TTT－TemperatureTimeTransformationIT－IsothermalTransformation1.1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(℃)0400A1MsMf2.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).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(3).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；共析钢等温转变的产物及形貌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：驱动力△Gv和原子的扩散系数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；这两个因素的作用是矛盾的。（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。（二）非共析钢的过冷A等温转变曲图与共析钢的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。亚共析钢C曲线亚共析钢的TTT曲线FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf过共析钢C曲线过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（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A→P和A→B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。综上所述，C曲图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、贝氏体等温转变的综合。需指出的是珠光体转变和贝氏体转变可能重叠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。1.2影响过冷奥氏体C曲线形状的因素A的成分：Wc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（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①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。②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。③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。奥氏体中含碳量的影响:过共析钢共析钢亚共析钢时间温度A1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Ac1～Accm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。（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。铁素体长大时，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、Mf下降；Ms和Mf下降不一致。Wc0.6%，Mf比Ms下降得快。①碳含量增加，Wc0.2%，Ms显著下降；Wc0.2%，Ms直线下降。②Wc0.6%，Mf显著下降；Wc0.6%，Mf下降缓慢，Mf0℃（低于室温）。2.合金元素如果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同程度地延缓珠光体和贝氏体相变，这是由于它们溶入奥氏体后，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的影响最为显著。如果碳化物形成元素未能溶入奥氏体，而是以残存未溶碳化物微粒形式存在，则将起相反作用，使C曲线左移。如果碳化物全部溶入奥氏体，除Co、Al外，大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温（Ms、Mf），并增加残余奥氏体量。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。合金元素对贝氏体转变与对珠光体转变的影响有所不同。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A→F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、Mf下降。化学成分对Ms点的影响的原因：（1）、改变了T0；（2）、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，这是由于它们溶入A后，增大其稳定性，从而使C曲线右移。但它们的作用不如碳显著。合金元素对B转变动力学影响的原因：（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BS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。（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。（1）对珠光体转变提高奥氏体化加热温度和保温时间，一使奥氏体晶粒长大，晶界面积减少，珠光体形核位置减少，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。所以一定要指明成分，晶粒度及奥氏体化温度，才可查得相应的C曲线。当奥氏体化温度下降，保温时间缩短,奥氏体成分不均匀，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剧烈。（2）对马氏体转变加热温度和保温时间的影响是两方面的。①提高奥氏体化加热温度和保温时间，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提高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。若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保温时间，使MS升高。（3）对贝氏体转变奥氏体化温度越高，奥氏体成分均匀化程度高，减缓碳的再分配；同时奥氏体晶粒越大，贝氏体转变的孕育期越长，贝氏体转变的速度减慢，C曲线右移。（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（800～1000℃）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BS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，①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。②若在Ms～Mf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。③若在Md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（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。1.3C曲线测定方法TTT图的建立是在等温冷却条件下，利用过冷奥氏体等温转变产物的组织形态和物理性质的变化，通过实验的方法绘制的。常见测定方法有：●金相法；●硬度法；●膨胀法；●磁性法及电阻法等以