TTT和CCT过冷奥氏体转变动力学课件.ppt
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- TTT CCT 过冷 奥氏体 转变 动力学 课件
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1、 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却 过冷奥氏体等温转变曲过冷奥氏体等温转变曲线又称线又称、ITIT图或图或C C曲曲线线。综合反映了过冷奥氏。综合反映了过冷奥氏体在冷却时的等温转变温体在冷却时的等温转变温度、等温时间和转变量之度、等温时间和转变量之间的关系(即反映了过冷间的关系(即反映了过冷奥氏体在不同的过冷度下奥氏体在不同的过冷度下等温转变的转变开始时间、等温转变的转变开始时间、转变终了时间、转变产物转变终了时间、转变产物类型、转变量与等温温度、类型、转变量与等温温度、等温时间的关系)。等温时间的关系)。TTTTemperature Time Tran
2、sformation ITIsothermal Transformation (一)共析钢的(一)共析钢的C C曲线分析曲线分析 1.1.线、区的意义线、区的意义 线:纵坐标为温度,横线:纵坐标为温度,横坐标为时间坐标为时间,临界点临界点A A1 1线,线,M MS S线线,M Mf f线线,转变开始线,转变开始线,转变终了线。转变终了线。区:区:A A1 1以上为稳定以上为稳定A A区,区,过冷过冷A A区区,过冷过冷A A等温转变区等温转变区(APAP、ABAB),),转变产物转变产物区(区(P P、B B),),M M形成区形成区(AMAM)、)、M M转变产物区(转变产物区(M M或或
3、M+ArM+Ar)孕育期最短的部位,即孕育期最短的部位,即转变开始线的突出部分,称转变开始线的突出部分,称为鼻子。为鼻子。稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A+产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区;230-50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-1001
4、00200500600700温度()0400A1MsMf 2.2.转变产物依等温温度不转变产物依等温温度不同,大体可分为三个温度区同,大体可分为三个温度区:(1).(1).P P型转变型转变:高温区(临:高温区(临界点界点A A1 1550550)、)、过冷度小,过冷度小,P P型组织转变区,型组织转变区,APAP;扩散扩散型相变型相变 (2).(2).M M型转变型转变:低温区(在:低温区(在M MS S以下)、过冷度大,发生以下)、过冷度大,发生M M转变的区域,转变的区域,AMAM;非扩散非扩散型相变型相变 (3).B3).B型转变型转变:中温区:中温区(550550M MS S),),
5、发生发生B B转变的转变的区域,区域,ABAB。半扩散型相变半扩散型相变 需要指出的是,在中部区需要指出的是,在中部区域域P P转变区和转变区和B B转变区可能重转变区可能重叠,得到叠,得到P P和和B B的混合组织;的混合组织;在下部区域在下部区域M M转变和转变和B B转变可转变可能重叠,得到能重叠,得到M M和和B B的混合组的混合组织;织;3.3.共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图为何呈“C”C”字形?字形?过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素:驱动力过冷奥氏体等温转变速度受两个主要因素:驱动力GvGv和原子的扩散系数和原子的扩散系数D D。等温
6、温度愈低,过冷度大,驱动等温温度愈低,过冷度大,驱动力力GvGv大,等温转变速度越大;但等温温度愈低,扩散系大,等温转变速度越大;但等温温度愈低,扩散系数数D D减小,原子扩散能力下降,转变速度减小;这两个因素减小,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。的作用是矛盾的。(1 1)高温时,过冷度小,驱动力)高温时,过冷度小,驱动力GvGv小,扩散系数小,扩散系数D D大,大,原子扩散能力大,以驱动力原子扩散能力大,以驱动力GvGv影响为主。影响为主。(2 2)低温时,过冷度大,驱动力)低温时,过冷度大,驱动力GvGv大,扩散系数大,扩散系数D D小,小,原子扩散能力小,以扩散
7、系数原子扩散能力小,以扩散系数D D影响为主。影响为主。上述两个因素综合作用的结果,在上述两个因素综合作用的结果,在550550是驱动力和原子是驱动力和原子的扩散的作用都充分发挥,使孕育期最短,使的扩散的作用都充分发挥,使孕育期最短,使TTTTTT图呈图呈“C”C”字形。字形。综上所述,综上所述,TTTTTT图为珠光体等温转变、马氏体连续转变、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。贝氏体等温转变的综合。(二)非共析钢的过冷(二)非共析钢的过冷A A等温转变曲图与共析钢的等温转变曲图与共析钢的A A等温转变等温转变图不同图不同的是:的是:对亚共析钢在发生对亚共析钢在发生P P
8、转变之前有先共析转变之前有先共析F F析出,因此亚共析出,因此亚共析钢的过冷析钢的过冷A A等温转变曲线在左上角有一条先共析等温转变曲线在左上角有一条先共析F F析出线,析出线,且该线随含碳量增加向右下方移动,直至消失。且该线随含碳量增加向右下方移动,直至消失。对过共析钢在发生对过共析钢在发生P P转变之前有先共析渗碳体析出,因此转变之前有先共析渗碳体析出,因此过共析钢的过冷过共析钢的过冷A A等温转变曲线在左上角有一条先共析渗碳体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。析出线,且随含碳量增加向左上方移动,直至消失。FAP+FS+FTBM+A残残A3
9、时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMfP+Fe3CS+Fe3CTBM+A残残 Fe3CAACM时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf(三)合金钢的过冷三)合金钢的过冷A 等温转变曲线等温转变曲线 合金钢的过冷合金钢的过冷A 等温转变曲线由于受碳和合等温转变曲线由于受碳和合金元素的影响,图形比较复杂。金元素的影响,图形比较复杂。(a)表示表示AP和和AB转变线重叠;转变线重叠;(b)表示转变终了线出现的二个鼻子;表示转变终了线出现
10、的二个鼻子;(c)表示转变终了线分开,珠光体转变的鼻尖离表示转变终了线分开,珠光体转变的鼻尖离纵轴远;纵轴远;(d)表示形成了二组独立的表示形成了二组独立的C曲线。曲线。综上所述,综上所述,C曲图为珠光体等温转变、马氏体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。贝氏体转变与贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠转变也会叠。lA A的成分:的成分:WcWc和合金元素和合金元素l奥氏体状态:奥氏体晶粒大小的影响、奥氏体状态:奥氏
11、体晶粒大小的影响、加热温度和保温时间、原始组织加热温度和保温时间、原始组织l应力应力l塑性变形塑性变形 (一)(一)A A的成分的成分 1.1.含碳量含碳量 含碳量不改变含碳量不改变C C曲线的形状但对珠光体转变、贝曲线的形状但对珠光体转变、贝氏体转变的影响不同。氏体转变的影响不同。(1 1)对珠光体转变)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(铁素体、渗碳体)析出,因此非共析钢的过冷奥氏体等温转变氏体等温转变C C曲线在左上角有一条先共析相析出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
12、碳量的变化而移动。线,且先共析相析出线随含碳量的变化而移动。共析钢的共析钢的C C曲线最靠右,亚共析钢的曲线最靠右,亚共析钢的C C曲线随曲线随含碳量增加向右移动;过共析钢的含碳量增加向右移动;过共析钢的C C曲线随含碳量曲线随含碳量增加向左移动。增加向左移动。碳对碳对C C曲线的影响不如曲线的影响不如MeMe。因此,共析钢的因此,共析钢的C C曲线离纵轴最远,共析钢的过曲线离纵轴最远,共析钢的过冷奥氏体最稳定。冷奥氏体最稳定。奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响:过共过共析钢析钢共析共析 钢钢亚共亚共析钢析钢时间温度A1 原因:原因:l 在相同条件下,随亚共析钢中碳含量增加,获在相同条件
13、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,的析出速度也减慢,C C曲线向右移动。曲线向右移动。l 在过共析钢中,若在在过共析钢中,若在Ac1Ac1AccmAccm之间加热,随
14、之间加热,随碳含量增加,奥氏体中碳含量不变,未溶的渗碳碳含量增加,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,作用,降低了奥氏体的稳定性,C C曲线向左移动。曲线向左移动。若在若在AccmAccm以上加热,随碳含量增加,奥氏体中碳以上加热,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,珠光体的形成速度增加。这是由于随碳量增加
15、,珠光体的形成是在渗碳体之后,故也加快。是在渗碳体之后,故也加快。C C曲线向左曲线向左移动。移动。(2)对贝氏体转变)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,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。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,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
16、。曲线右移。(3 3)对马氏体转变)对马氏体转变 碳含量(碳含量(WcWc)增加,增加,MsMs下降、下降、M Mf f下降;下降;MsMs和和M Mf f下下降不一致。降不一致。Wc0.6%Wc0.6%,M Mf f比比MsMs下降得快。下降得快。碳含量增加,碳含量增加,Wc0.2%Wc0.2%Wc0.2%,MsMs直线下降。直线下降。Wc0.6%Wc0.6%Wc0.6%,M Mf f下降缓慢,下降缓慢,M Mf f00(低于室温)。低于室温)。2.合金元素合金元素 如果碳化物全部溶入奥氏体,除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以外,大多数合金元素总
17、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,从而使氏体后,增大奥氏体稳定性,从而使C曲线右曲线右移。其中碳化物形成元素的影响最为显著。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,则将起相以残存未溶碳化物微粒形式存在,则将起相反作用,使反作用,使C曲线左移。曲线左移。如果碳化物全部溶入奥氏体,除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外,大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温(氏体转
18、变温(Ms、Mf),),并增加残余奥氏体并增加残余奥氏体量。量。可分为两大类可分为两大类:(1)非(或弱)碳化物形成元素:主要有)非(或弱)碳化物形成元素:主要有Co、Ni、Mn、Cu、Si、B等。这类元素等。这类元素 除除Co外使外使C曲线右移,但对曲线右移,但对C曲线曲线的形状影响不大。的形状影响不大。(2)碳化物形成元素:)碳化物形成元素:主要有主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等。这类元素溶入奥氏体,从而使等。这类元素溶入奥氏体,从而使C曲线右移,且改变曲线右移,且改变C曲线曲线的形状和位置,使珠光体转变的的形状和位置,使珠光体转变的C曲线移向高温、贝氏体转曲线移向高温、贝氏体转变的
19、变的C曲线移向低温,从而曲线移向低温,从而C曲线分离成上下两部分,呈现双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。响有所不同。合金元素的影响合金元素的影响:除除Co、Al(2.5%)外外,所有合金所有合金元元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,会引起会引起:向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢 (1)对珠光体转变)对珠光体转变 除除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓以外,大多数合金元素是延缓P P转变转变。合金元合金元素对素对P转变动力学影响的原因:转变动力学影响的原因:合
20、金元素的自扩散、对碳的扩合金元素的自扩散、对碳的扩散、改变了散、改变了AF转变速度、改变了临界点、对奥氏体转变速度、改变了临界点、对奥氏体/F界面界面的拖拽作用。在这些合金元素中的拖拽作用。在这些合金元素中Mo的影响最为强烈,的影响最为强烈,W为为Mo的影响一半,的影响一半,Cr、Mn、Ni明显提高过冷明显提高过冷A A的稳定性,的稳定性,Si、Al稍稍有提高过冷有提高过冷A A体的稳定性,体的稳定性,Co减小过冷减小过冷A A的稳定性。的稳定性。(2)对马氏体转变)对马氏体转变 除除Co、Al以外,大多数合金元素使以外,大多数合金元素使Ms、Mf下降。下降。化学成化学成分对分对Ms点的影响的
21、原因:(点的影响的原因:(1)、改变了)、改变了T0;(;(2)、)、改变了改变了奥氏体的强度。奥氏体的强度。(3)对贝氏体转变)对贝氏体转变 除除Co、Al以外,大多数合金元素是延缓以外,大多数合金元素是延缓B B转变,这是由于转变,这是由于它们溶入它们溶入A A后,增大其稳定性,从而使后,增大其稳定性,从而使C曲线右移。但它们的曲线右移。但它们的作用不如碳显著。作用不如碳显著。合金元素对合金元素对B转变动力学影响的原因:转变动力学影响的原因:(1)合金元素影响碳在合金元素影响碳在A A和和F F中扩散;改变了中扩散;改变了AF转变速度;改变转变速度;改变了了BS点;影响在一定温度下的相间自
22、由能差,影响驱动力。强点;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碳化物形成元素减缓B B转变速度。转变速度。(二)奥氏体状态(二)奥氏体状态 1.奥氏体晶粒大小的影响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,形核的珠光体易于形核,有利于珠光体转变发生,C曲线左曲线左移;虽然使贝氏体转变速度增加,移;虽然使贝氏体转变速度增加,C曲线左移。但对晶内形曲线左移。但对晶内形核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大。对马氏体转变奥氏核的贝氏体转变影响不如珠光体转变大
23、。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,减小,Ms升高。升高。2.加热温度和保温时间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。不一样,必然对随后的冷却转变起影响。3.原始组织原始组织 主要影响奥
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