關于過冷奧氏體轉變動力學概述什么是過冷奧氏體?

鋼加熱至臨界點以上，保溫一定時間，將形成高溫穩定組織——奧氏體。奧氏體過冷至臨界點以下，在熱力學上處于不穩定狀態，在一定條件下會發生分解轉變，這種在臨界點以下存在的且不穩定的、將要發生轉變的奧氏體就是過冷奧氏體。第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天冷卻條件平衡冷卻非平衡冷卻1.連續冷卻2.等溫冷卻溫度時間加熱保溫12第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天5.1過冷奧氏體等溫轉變動力學圖

（TTT圖）第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天過冷奧氏體等溫轉變圖（簡稱等溫轉變圖）綜合反映了過冷奧氏體在不同過冷度下等溫轉變的過程：轉變開始和轉變終了的時間、轉變產物和轉變量與溫度和時間的關系。因其形狀呈“C”形，所以又稱C曲線，亦稱“TTT”圖或“IT”圖。

TTT——Time,Temperature,TransformationIT——IsothermalTransformation第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、過冷奧氏體等溫轉變圖的建立測定方法金相法、膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法等。測定依據利用過冷奧氏體轉變產物的組織形態或物理性質發生變化測定的。第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1.金相法試樣準備將共析鋼加工成

10×1.5mm圓片狀試樣，并分成若干組，每組5~10片。第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天試驗方法：奧氏體化：將一組試樣加熱至奧氏體化。等溫處理：將奧氏體化后的試樣置于一定溫度的恒溫槽中冷卻，停留不同的時間。快速冷卻：逐個取出試樣，迅速淬入鹽水中激冷，使尚未轉變的奧氏體轉變為馬氏體。因此，馬氏體量即未轉變的奧氏體的量。而且，等溫時間不同，轉變產物量不同。金相組織的測定：將處理后的試樣制成金相試樣，在顯微鏡下測定出組織類型及其體積份數，同時測定轉變產物的硬度。第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天0.5110105103104102106時間(s)溫度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfA010050轉變量%300℃550℃第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.膨脹法利用過冷奧氏體轉變時發生的比容變化來測定轉變曲線，每測一個溫度的等溫轉變只需要一個試樣。該方法適合于測定不同轉變量所需要的時間。缺點：使用小試樣測定轉變百分數的準確性不高。第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.磁性法奧氏體是順磁性的，而其轉變產物在居里點以下均為鐵磁性的。磁性法是利用轉變時所伴有的磁性變化以確定曲線的。注意：為提高測試精度，一般應根據條件采用兩種或兩種以上的方法。第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、奧氏體等溫轉變圖的分析0.5110105103104102106時間(s)溫度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfAPB上B下A→PA→BA→M共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線

第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天三、影響過冷奧氏體等溫轉變曲線

的因素過冷奧氏體的等溫轉變曲線有多種多樣，影響其位置和形狀的因素較多，主要有以下幾方面：含碳量合金元素奧氏體的形態第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1.含碳量的影響亞共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線

亞共析鋼過冷奧氏體C曲線上方多了一條過冷奧氏體轉變為鐵素體的轉變開始線。亞共析鋼隨著含碳量的減少，C曲線位置往左移，同時Ms、Mf線住上移。P+FB第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天P+Fe3C過共析鋼過冷A的C曲線的上部為過冷奧氏體中析出二次滲碳體(Fe3CII)開始線。當加熱溫度為Ac1以上30～50℃時，過共析鋼隨著含碳量的增加,C曲線位置向左移,同時Ms、Mf線往下移。過共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線

第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天隨著奧氏體含碳量增加，過冷奧氏體穩定性提高，C曲線右移；當含碳量增加到共析成分，過冷奧氏體穩定性最高；隨著含碳量進一步增加，奧氏體穩定降低，C曲線反而左移。含碳量越高，Ms點越低。含碳量對C曲線的影響第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天為什么共析鋼過冷奧氏體最穩定？非共析鋼由于有先析相析出，使奧氏體轉變為珠光體的形核部位增加，過冷奧氏體穩定性降低，珠光體轉變的孕育期減小，C曲線左移。第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天2.合金元素的影響溶入奧氏體中的元素

除Co、Al外，所有合金元素都增大過冷奧氏體穩定性，使C曲線右移，并使Ms點降低。*Mo的影響最強烈，W、Mn、Ni的影響也很明顯。*Si、Al的影響較小。*貝氏體——鋼中加入微量貝氏體可以提高過冷奧氏體的穩定性。但隨著含碳量的增加，貝氏體的作用逐漸減小。第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天碳化物形成元素

Cr、Mo、V、W、Ti等既使C曲線右移，又使其形狀發生改變。

有些元素使珠光體轉變溫度提高，而貝氏體轉變溫度降低，是珠光體和貝氏體轉變溫度范圍上下分離，形成兩個“鼻子”，其間出現了一個過冷奧氏體溫度區。第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天Cr對0.5%C的鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響1-2.2%Cr；2-4.2%Cr；3-8.2%Cr第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天非碳化物或弱碳化物形成元素

Ni、Mo、Si、Cu、B等，只是不同程度降低珠光體和貝氏體的轉變速度，使過冷奧氏體等溫轉變曲線向右移動，但不改變其形狀。第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天合金元素只有溶入奧氏體中才會對過冷奧氏體的轉變產生重要影響。如果鋼中同時含有幾種合金元素時，其綜合作用比單一元素的作用要更加復雜。

例如：碳化物形成元素未溶入奧氏體，不但不會增加過冷奧氏體的穩定性，反而由于存在未溶的碳化物起到非均勻形核的作用，促進過冷奧氏體的轉變，使C曲線左移。第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天碳及常見合金元素對C曲線的影響（a）非碳化物形成元素（b）碳化物形成元素第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.奧氏體形態的影響奧氏體晶粒度：奧氏體晶粒越細小，晶界總面積↑，有利于新相的形核和原子的擴散，因此有利于先共析轉變和珠光體轉變，使珠光體轉變線左移；晶粒度對貝氏體轉變的影響不大；晶粒粗大，使Ms點↑，加快馬氏體轉變。第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天奧氏體的均勻程度：奧氏體成分越均勻，則奧氏體越穩定，新相形核和長大過程中所需要的時間就越長，C曲線就越往右移。第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

因此，奧氏體化溫度越高，保溫時間越長，則形成的奧氏體晶粒越粗大，奧氏體的成分也越均勻，從而增加奧氏體的穩定性，使C曲線右移；反之，奧氏體化溫度越低，保溫時間越短，則奧氏體晶粒越細，未溶第二相越多，奧氏體越不穩定，使C曲線左移。第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

此外，由于形變會細化奧氏體晶粒，或者增加亞結構，因此，奧氏體在高溫或低溫進行形變也會顯著影響珠光體轉變速度。一般來說，形變量越大，奧氏體向珠光體轉變速度越快，珠光體轉變線越向左移。第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四、過冷奧氏體等溫轉變動力學圖

的應用TTT圖反映了鋼在等溫冷卻條件下過冷奧氏體轉變規律，被認為是制定鋼材熱處理工藝規范的基本依據之一。制定等溫熱處理工藝制定形變熱處理工藝第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天5.2過冷奧氏體連續轉變冷卻圖

（CCT圖）第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天見下圖。第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天過共析鋼的過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天亞共析鋼的過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天它與共析鋼相比有較大的差別。曲線中出現了先共析鐵素體區和貝氏體轉變區，且Ms點右端降低，這是由于先共析鐵素體的析出和貝氏體轉變使周圍奧氏體富碳所致。第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天以共析鋼為例，將連續冷卻轉變曲線與等溫轉變曲線疊繪在同一個坐標系中進行對比。第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共52頁，2024年2月25日，星期天abc珠光體(P)索氏體(S)屈氏體(T)珠光體型組織第47頁,共52頁，2024年2月25日，星期天(a)光學顯微照片(b)電子顯微照片上貝氏體形態

第48頁,共52頁，2024年2