学习好资料欢迎下载第十章：钢的过冷奥氏体转变图本章重点： “TTT ”图和“CCT ”图分析，“ TTT ”图的类型以及影响“ TTT ”图的因素本章难点： 影响“ TTT ”图的因素10-1 过冷奥氏体等温转变冷却图过冷奥氏体等温转变图TTT图或 C曲线是获得等温转变组织的主要依据，是等温淬火获得马氏体组织或贝氏体组织的主要依据共析钢 “C ”曲线一、过冷奥氏体等温转变图的建立膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法、金相法二、奥氏体等温转变图的基本类型奥氏体等温转变图的形状象英文字母C ，因此称“ C ”曲线或“ TTT ”图其形状见右图 C ”曲线有三个转变区 ( 即珠光体、贝氏体和马氏体转变区) ；五条线( 即 A1、第一条“ C ”曲线、第二条“ C ”曲线、 Ms和 Mf) A1线以上奥氏体稳定存在；以下奥氏体变成亚稳定存在的过冷奥氏体第一条“C ”曲线为奥氏体转变(P、B)开始线，第二条“ C”曲线为奥氏体转变 (P、B)终了线； Ms为马氏体转变开始线， Mf为马氏体转变终了线C ”曲线类型线共六种，它们分别为：1. 单一的“ C”形曲线 (B、P区重合 ) ：碳钢(亚共析钢、共析钢及过共析钢) 、含Si 、Ni、Cu 、Co钢等。
2. 双“C” 形曲线：加入使珠光体转变温度范围上升的Cr、Mo 、 W 、V等合金元素，或加入使贝氏体转变温度下降的合金元素随着合金元素的增加， 珠光体和贝氏体转变“ C ”曲线逐渐分离并且使珠光体转变速度减慢，对贝氏体转变速度影响较小，见图 13. 双“C” 形曲线：加入使珠光体转变温度范围上升的Cr、Mo 、 W 、V等合金元素，或加入使贝氏体转变温度下降的合金元素随着合金元素的增加，珠PB学习好资料欢迎下载M时间PBM时间图 1 图 2 光体和贝氏体转变“ C”曲线逐渐分离并且使贝氏体转变速度减慢，对珠光体转变速度影响较小，见图2合金元素的加入，使B、P转变的“ C”曲线分离，分别使 B、P转变的最小孕育期变长4. 只有贝氏体转变的“ C”曲线： 合金元素 Mn 、Cr、Ni、W 、Mo的加入，使扩散型的珠光体相变受到极大阻碍贝氏体钢 18Cr2Ni4WA 、18Cr2Ni4MoA)5. 只有珠光体转变的“ C”曲线： 在中碳高 Cr 钢 3Cr13、3Cr13Si 以及 4Cr13 等钢中出现6. 在马氏体转变的 Ms点以上整个温度区间不出现“C”曲线： 这类钢通常为奥氏体钢，高温下稳定的奥氏体组织能全部过冷至室温。
也可能有过剩碳化物的高温析出三、影响因素1. 化学成分：(1)C%影响学习好资料欢迎下载随着奥氏体 C% 增加，过冷奥氏体稳定性提高，“C”曲线右移；当 C% 增加到共析成分，过冷奥氏体稳定性最高 随着 C% 进一步增加， 奥氏体稳定降低，“C ”曲线反而左移同时C% 越高， Ms点越低非共析钢由于有先析相析出，使奥氏体转变为珠光体的形核部位增加，过冷奥氏体稳定性降低，珠光体转变的孕育期减小，“C”曲线左移亚共析钢完全奥氏体化后随着C% 增加，先析铁素体形核率下降导致先析铁素体含量降低，过冷奥氏体转变为珠光体的形核部位降低，过冷奥氏体稳定性提高，珠光体转变孕育期增加，“C” 曲线右移过共析钢完全奥氏体化后随着C% 增加，先析渗碳体形核率升高导致先析渗碳体含量增加，过冷奥氏体转变为珠光体的形核部位增加， 过冷奥氏体稳定性降低， 珠光体转变孕育期减少， “C”曲线左移2) 合金元素影响合金元素只有溶入到奥氏体中，才能对过冷奥氏体转变产生重要影响总体上讲，除 Co 、Al 外，所有合金元素都增大过冷奥氏体稳定性，使“C” 曲线右移非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等和弱碳化物形成元素如Mn只改变“C”曲线位置；碳化物形成元素如Cr、Mo 、V、W 、Ti 等既使“ C”曲线右移，又使其形状分成上下两部分。
2. 奥氏体晶粒尺寸：奥氏体晶粒与奥氏体化条件有关，加热温度高保温时间长，奥氏体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳定性增加，“C”曲线右移反之“C ”曲线左移3. 原始组织：钢的原始组织越细小， 单位体积内晶界越多， 过冷奥氏体转变的形核率越高，同时原始组织越细小有利于C原子扩散，奥氏体形成时达到均匀化时间短，相对长大时间长，相同条件下易使奥氏体长大并且均匀性提高，“C”曲线右移4. 变形：奥氏体比容最小，马氏体比容最大，奥氏体转变时体积膨胀，施加拉应力加速其转变，使“ C”曲线左移，施加压应力不利其转变，使“C”曲线右移对奥氏体施以适当的塑性变形，使缺陷密度增加(加速原子扩散 ) 或析出碳化物(奥氏体中 C% 降低)，降低过冷奥氏体稳定性，使“C ”曲线左移10-2 过冷奥氏体连续转变冷却图一、过冷奥氏体连续转变图的建立学习好资料欢迎下载综合应用热分析法、金相法和膨胀法第十一章：珠光体相变本章重点：碳钢两类珠光体 ( 即片状和粒状 ) 的组织形态、形成机制以及力学性能，掌握影响珠光体转变动力学因素本章难点： 珠光体 (片状和粒状 ) 的形成机制11-1 珠光体的组织形态、晶体结构与性能一、珠光体的组织形态钢中常见的珠光体有片状珠光体和粒状珠光体两种。
此外还有不常见的纤维状珠光体和针状珠光体等片状珠光体 ：F 和 Fe3C层片相间的机械混合组织粒状珠光体 ：Fe3C以粒状分布于 F基体上形成的混合组织 采用球化处理工艺可以得到粒状珠光体组织Fe3C的量由钢的 C% 决定；Fe3C的尺寸、形状由球化工艺决定P团原 A 晶界图 3-2S0Fe3C图 3-1片状珠光体晶粒尺寸大小可以用片间距大小来表示，相邻两片 Fe3C(或 F)的平均距离 S0称珠光体的片层间距见图3-1学习好资料欢迎下载珠光体片层间距方向大致相同的区域称为“珠光体团”、“珠光体领域”或珠光体晶粒一个原奥氏体晶粒内可以形成几个珠光体晶粒见图3-2二、珠光体分类根据珠光体片层间距S0的大小，可将珠光体分为三类：1. 珠光体： 用 P表示；S0=15004500 ?光镜下观察到 F与 Fe3C呈层片状2. 索氏体：用 S表示；S0=8001500 ?光镜下难以区分 F与 Fe3C呈层片状，电镜下清晰观察到 F 与 Fe3C的片层3. 屈氏体：用 T表示；是极细的珠光体 S0=300800 ?光镜下无法分辨F与 Fe3C的层片 ( 呈黑球状 ) ，电镜下清晰观察到F 与 Fe3C的片层。
珠光体片层间距 S0的大小，取决于过冷度 T而与原奥氏体晶粒尺寸大小无关 ?)S0大小变化的原因： (1) 珠光体形成在一个温度范围内进行，先冷却得到的珠光体由于形成温度高， C原子扩散速度快，扩散距离长，珠光体片层间距S0大2) 随着温度降低， 后冷却得到的珠光体由于T 增大，G增大，形核率 I 增加并且 C原子扩散速度和距离变小，使S0变小三、珠光体的晶体结构片状珠光体是 F 和 Fe3C层片相间的机械混合组织粒状珠光体是粒状Fe3C分布于 F 基体上形成的混合组织 其中 F 的晶体结构为体心立方； Fe3C为复杂斜方结构在珠光体形成时， F与 Fe3C具有两类确定的晶体学位向关系同时，先共析相 F、Fe3C与原奥氏体也有确定的晶体学位向关系11-2 珠光体的形成机制( 以共析钢为例 )GGpG学习好资料欢迎下载TA1T1GT图 3- 3一、珠光体形成的热力学条件(1) 由于 AP是在较高温度形成， Fe和 C原子能够长程扩散， AP是扩散型相变； (2) 由于缺陷形核，相变消耗的能量较小，在较小过冷度T条件下 AP相变即可发生，见图3-3即满足：G = Gp-G0二、片状珠光体的形成机制GESPC1C2学习好资料欢迎下载C3C4T1图 3- 4 + Fe3C晶体结构：面心立方体心立方复杂斜方C% ： 0.77% 0.0218% 6.67% 1.形核： (1)奥氏体晶界；(2)奥氏体晶内 (奥氏体晶内有不均匀或未溶Fe3C时)。
满足(1)能量起伏； (2)结构起伏； (3)成分起伏三个条件关于 F 和 Fe3C谁领先形核过去一直争论，现在认为都有可能成为领先相2. 长大：CCCCCFe3C图 3-5学习好资料欢迎下载以 Fe3C为领先相讨论，当珠光体晶核在奥氏体晶界形成(A、F和 Fe3C三相共存 )时，过冷奥氏体中存在C浓度不均匀，见图3-4C1与铁素体相接的奥氏体C% ；使C2与 Fe3C相接的奥氏体 C% ；C3与奥氏体相接的铁素体C% ；C4与 Fe3C相接的铁素体 C% 1) 由于过冷奥氏体中存在C浓度不均匀，导致 C原子扩散 (如图 3-5) ，C原子扩散破坏该温度下的C浓度平衡，为了恢复平衡， 与铁素体相接的奥氏体形成铁素体排出 C使碳浓度升高到 C1，与 Fe3C相接的奥氏体形成Fe3C使碳浓度降低到 C2，其结果导致 C原子扩散再次发生 如此反复， 珠光体晶核纵向长入奥氏体晶内2) 远离珠光体晶核的奥氏体，其含碳量C为共析成分的含碳量，因为有C2CC1，所以，远离珠光体晶核的奥氏体中的C原子向与 Fe3C相接的奥氏体扩散使其形成珠光体的Fe3C； 而与 F 相接的奥氏体中的C原子向远离珠光体晶核方向扩散使其形成珠光体的F。
3) 在已形成的珠光体中，与奥氏体相接的铁素体中的C原子向与 Fe3C相接铁素体中扩散4) 珠光体晶核一端与母相奥氏体保持不可动的共格晶面，形成一定的晶体学位向关系，另一端 (可动) 长入奥氏体晶内，完成纵向长大5) 为了减少应变能，珠光体呈片状，C原子扩散路程短，有利于扩散6)Fe 原子自扩散完成晶格改组3. 横向长大： 奥氏体晶核内形成一片Fe3C，立刻就有两边 F相连，搭桥机制4. 珠光体分枝长大： ( 反常长大 ) 图 3-6Fe3CP学习好资料欢迎下载Fe3CFe3C(a)(b)(c)正常的片状珠光体形成时， 铁素体与渗碳体是交替配合长大的，但在某些情况下， 铁素体与渗碳体不是交替配合长大的 (1) 在位错区域形核长大多个Fe3C ，成长过程中分枝长大； (2) 铁素体与渗碳体具有确定的晶体学位向关系这两个原因导致珠光体反常长大，见图3-6其中 (b) 和(c) 为离异共析组织三、粒状珠光体的形成机制片状 Fe3C的表面积大于同体积的粒状Fe3C ，从能量考虑， Fe3C球化是一个自发过程，根据胶态平衡理论， 第二相质点的溶解度与质点的曲率半径有关，曲率半径越小，其溶解度越高，片状Fe3C的尖角处溶解度高于平面处的溶解度，使得周围铁素体与 Fe3C尖角接壤处的碳浓度大于与平面接壤处的碳浓度，引起碳的扩散。
扩散的结果破坏了界面的碳浓度平衡，为了恢复平衡， Fe3C尖角处将进一步溶解， Fe3C平面将向外长大， 如此不断进行， 最终形成了各处曲率半径相近的粒状 Fe3C图 3-7Fe3C学习好资料欢迎下载Fe3CFe3CFe3Cf f f 亚晶界片状 Fe3C的断裂与其内部的晶体缺陷有关，若Fe3C片内存在亚晶界，将在亚晶界面上产生一界面张力，从而使片状Fe3C在亚晶界处出现沟槽，沟槽两侧将成为曲面， 与平面相比具有较小的曲率半径，因此溶解度较高， 曲面处的 Fe3C溶解而使曲率半径增大， 破坏了界面张力平衡 为了恢复平衡，沟槽进一步加深如此循环直至 Fe3C片溶穿如图 3-7图 3-8由此可见，如图 3-8， 在 A1温度以下片状 Fe3C的球化是通过 Fe3C片的破裂，断开而逐渐球化的学习好资料欢迎下载(1) 奥氏体化温度较低，保温时间很短，奥氏体中有许多未溶Fe3C或许多高碳区；(2) 珠光体转变的等温温度较高， 等温时间足够长， 或冷却速度缓慢 (3) 热处理工艺球化退火可以获得粒状珠光体( 粒状渗碳体 )IG转变温度图 3-9 形核率和长大速度与温度的关系示意图11-3 珠光体转变动力学一、珠光体的成核率 I 和长大速度 G1. 形核率和长大速度与温度的关系形核率和长大速度与温度。