什么是过冷奥氏体转变图?

[拼音]：guoleng aoshiti zhuanbian tu

[外文]：transformation diagram of super-cooled austenite

钢中过冷奥氏体转变产物和转变量与温度、时间关系的综合动力学曲线图。它描绘出一个钢种加热形成奥氏体后，以不同冷却制度冷却下来的过程中，随着时间和温度改变所发生的分解转变现象。这种图以温度为纵坐标，时间的对数值为横坐标。图上标有所用试验钢样的钢种（号）、化学成分、原始金相组织或状态、奥氏体化温度及保温时间、奥氏体的实际晶粒度等，并绘有转变开始、终了或停止转变的温度-时间曲线，有时也标明不同转变产物的硬度和转变量的百分数等。图上一般标有钢的平衡临界温度A1和A3或升温临界温度Ac1和Ac3，马氏体转变开始及终了温度Мs和Мf，或者还有贝氏体转变开始温度Bs等（见铁碳平衡图，合金钢）。

这种转变图最先是在20世纪30年代初，由达文波特(E.S.Davenport)和贝茵(E.C.Bain)将共析碳素钢奥氏体化后，迅速冷却到各选定的温度保温，测定其在该温度转变开始和终了所需时间，转变终了后产物的硬度，并检查其金相显微组织，然后根据所得数据绘制成的（图1）。图上的曲线称为时间-温度转变曲线 (time-tempe-rature-transformation curve)，简称TTT曲线。最初由于其形状接近字母S，也叫作S曲线。后来经过对多种合金钢的测试，证明这种曲线实际上是由上、下两组C形曲线和一组与横坐标平行的直线所组成见图2，因而也常称之为 C曲线。由于这种图是根据在各恒定温度（等温）转变数据所绘制的，应更确切地称之为等温转变曲线图 (isothermal transformation diagram)，简称IT曲线图。在图中上一组 C曲线所占温度范围内的转变为珠光体转变（见共析分解）；下一组C曲线所占温度范围内的转变为贝氏体转变(见贝氏体相变)，横线下温度的转变则为马氏体转变(见马氏体相变)。

为了更好地了解钢在热处理时，在不同冷却速度连续冷却过程中发生的转变，40年代中期又有人研究制定了连续冷却转变曲线图 (continuouscooling transformation diagram)，简称CCT或CT曲线图。其测定，制作是综合顶端淬火法、热膨胀法及磁性法等试验结果，并测定顶端淬火试样上不同位置各点在顶端淬火试验时的冷却曲线（见淬火）。将这些冷却曲线画到以温度为纵坐标、时间的对数值为横坐标的图上，标定这些冷却曲线上的各转折点的位置。这些转折点分别标志着过冷奥氏体发生各种转变的开始、终了或停止点。通过金相显微组织检验，可以明了它们的含义。将各条冷却曲线上意义相同的各点连接起来，就绘成了所测钢种的连续冷却转变曲线图（图3）。图上一般还注明以各种冷却速度冷至室温后的显微组织，有时还注明其硬度值。

将同一钢种的等温转变曲线图和连续冷却转变曲线图加以比较，可以看出，连续冷却转变曲线图中各转变曲线与相应的等温转变曲线相比，均有不同程度向右下方移动的趋势；移动的方向和大小与钢的化学成分、奥氏体化情况及试样在试验过程的实际奥氏体晶粒度等有关；对于碳素钢、甚至有抑制或完全阻止了贝氏体转变的现象。

连续转变图和等温转变图，各有其优越性和不足处。由于其横坐标均为时间对数值标度，应用起来不方便，因此有人改用以不同直径圆柱形试样的直径的对数值为横坐标标度，令试样中心轴线上的冷却速度符合连续转变图中各冷却曲线的冷却速度，这样，得出如图4所示改进型的连续冷却转变图。从这种连续冷却转变图上很容易查出一定尺寸的工件热处理时，在空气中冷却或在油或水中淬火后其中心组织状态并估计工件的性能。不过绘制改进型连续冷却转变图比一般的连续冷却转变曲线图更为复杂和困难。

过冷奥氏体转变图对了解钢于奥氏体化后冷却过程中的变化具有重要的意义，它是各钢种的技术资料的重要组成部分。从等温转变图，可以大致估计钢的淬透性，奥氏体化后在不同温度分解转变的产物及其性能等；从连续冷却转变图上，则可定性地，甚至半定量地估计在热处理过程中工件因尺寸不同、奥氏体以不同冷却速率冷却后的性能，其他用途主要有：

（1）正确制定淬火的冷却制度和选择淬火剂 淬火时冷却过快易使工件开裂和产生扭曲变形；冷却过慢又不易淬透，难于达到预期的效果。由过冷奥氏体转变图则可以查到避免与图上转变开始曲线相交的最低淬火冷却速度，从而选定合适的淬火剂。万一因钢的淬透性过低或工件过大，不可能避免与转变开始曲线相交时，利用连续冷却转变图亦可估计工件不同部位产生的转变产物的类型和大致含量，从而粗略预测工件不同部位淬火后的性能。

（2）制定分级淬火规范 从等温转变图（或连续冷却转变图）可以直接读出钢的等温转变开始曲线上最左点(习惯上叫它“鼻子”)的位置和Мs温度。根据这两者就可以选择适当的淬火剂和淬火剂温度。淬火剂应能在淬火冷却过程中，使工件的冷却曲线避免与等温转变开始曲线相交。淬火剂温度则应选择在Мs温度附近。淬火时，工件冷至淬火剂温度后保温一定时间，然后取出，令其在空气中冷却，使工件全部获得马氏体组织，但又不产生过大的淬火应力，以避免工件开裂和产生扭曲变形的危险。在淬火剂温度的保温时间不宜过长，应不大于等温转变开始曲线在该温度的时间坐标所示时间，以防止贝氏体的产生。

（3）制定等温淬火制度 参考等温转变图或连续冷却转变图上读出的Мs和Bs的温度选择等温淬火温度，并根据在所选定的等温条件下，转变开始的时间及开始和终了两曲线的时间间距，确定等温时间；等温保温终了后将工件在空气中冷却。这样，既可保证能获得全部贝氏体组织，又可经济有效地确定等温保温时间。

（4）制定经济合理的退火工艺制度 退火的目的之一是使过冷奥氏体在高温分解，发生转变；因而需要缓冷。从转变图上可以查得或估计过冷奥氏体在高温转变终了所需最短的时间，实行等温退火，待转变终了后即可较快地冷却下来，避免常规退火制度中采用的一直缓冷到较低温度时所需的过长时间。这样，既可提高热处理设备的利用率，又可节约热能。

（5）识别实际淬火过程中产生的转变分解产物的类型并粗略估计其性能 实际生产过程中，工件淬火时其温度连续下降，工件的内、外部温度不一致，因而过冷奥氏体的分解转变是在不同温度下连续发生的；工件的内、外部发生的转变也因冷却速率不同而有差异，结果，工件中各种类型的转变产物常混合存在于工件不同部位，各种转变产物的含量也各不相同，因此要辨认其中各种类型的组织比较困难。等温转变图中在各温度时等温转变的产物及其组织形态是比较单纯的，可以作为对照标准，用来比照辨认淬火工件中的各种不同组织，从而估计工件的性能。

参考书目

E. S. Davenport & E. C. Bain，Trans.AIME，90，117，1930.Atlas of Isothermal Transformation and Cooling Transformation Diagrams，ASM，metals Park，Ohio，1977.《热处理手册》编委会：《热处理手册》第四分册，机械工业出版社，北京，1978。M. Atkins， Atlas of Continuous Cooling Transformation Diagrams for Engineering Steels，British Steel Corp.，Sheffield，1977.