过冷奥氏体的连续冷却转变

三、过冷奥氏体的连续冷却转变

等温转变曲线反映的是过冷奥氏体在等温条件下的组织转变规律，而实际热处理生产中，奥氏体大多是在连续冷却的过程中转变的。例如，钢的退火、正火、淬火以及钢在铸、锻、焊后的冷却都是从高温连续冷却至低温的。连续冷却时由于过冷奥氏体的分解受到冷却速度的影响，其分解产物也会因到达各个温度区间的时间以及在各个温度区间停留的时间不同而发生变化，导致其组织转变和转变产物与等温转变时有较大的差异。因此，研究钢在连续冷却时的组织转变就需要测定和应用过冷奥氏体连续冷却转变曲线(又称CCT图)。图6-16为用膨胀法测得的共析钢过冷奥氏体连续冷却曲线。若用金相法和热分析法配合测量则可得到更为精确的CCT曲线。

图6-16　共析钢过冷奥氏体连续冷却曲线

(一)过冷奥氏体连续冷却转变曲线

共析钢过冷奥氏体连续转变曲线与等温转变曲线比较，具有以下特点。

(1)共析钢连续冷却曲线图中只有高温转变区和低温转变区，而无中温转变区。说明共析钢在连续冷却过程中，只有珠光体转变和马氏体转变，而无贝氏体转变。由图6-16可以看出，当冷却速度比较缓慢(如v₁)时，转变开始和转变终了所需时间较长。冷却速度加大，转变时间缩短，但转变所经历的温度区间增大。但只要冷却速度小于v'k，室温时将得到全部的珠光体组织，只是组织的粗细不同而已。

(2)图6-16中P_k线是珠光体转变中止线。如果冷却速度介于v_k和v'k之间，当冷却至P_s线时，奥氏体先开始珠光体转变，但冷却曲线碰到P_k线时，珠光体转变中止，未转变的奥氏体在继续冷却至M_s线以下后，转变为马氏体。此时，钢的室温组织为托氏体+马氏体+残余奥氏体，如图6-17所示。

图6-17　连续冷却时形成的托氏体、马氏体和残余奥氏体(500×)

(3)如果冷却速度大于v_k，过冷奥氏体将不发生珠光体转变，直接过冷到M_s点以下转变为马氏体。这时钢的室温组织为马氏体和残余奥氏体。图中冷却速度v_k是保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生珠光体转变，而全部过冷到M_s点以下发生马氏体转变的最小冷却速度，称为上临界冷却速度，又称为钢的临界淬火速度;v'k表示过冷奥氏体在连续冷却过程中全部转变为珠光体组织的最大冷却速度，又称下临界冷却速度。

(4)共析钢在连续冷却过程中不出现贝氏体转变，其原因是这类钢奥氏体的碳含量高，使贝氏体转变的孕育期大大延长，在连续冷却时过冷奥氏体来不及转变便被冷却至M_s以下。同样，在某些合金钢中，连续冷却时不出现珠光体转变也是这个原因。

过共析钢的连续冷却曲线与共析钢的相比，除了多一条先共析渗碳体的析出线外，其他基本相似。但亚共析钢的连续冷却曲线与共析钢有很大不同，它除了多出一条先共析铁素体析出线外，还存在中温贝氏体转变区。因此，亚共析钢在连续冷却后，可以出现由更多产物组成的混合组织。如碳含量为0．45%的亚共析钢，加热后若冷速控制得当，在显微镜下可观察到其室温组织是由铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体组成的。

通过以上分析可知，根据钢的连续冷却曲线，不仅可以知道过冷奥氏体在各种不同冷却速度下所经历的转变以及最终得到的组织，还能准确地确定钢的临界淬火温度。这对于确定钢的淬火方法、选择淬火介质都提供了重要依据。

(二)过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用

在实际生产中，钢的热处理大多都是采用连续冷却，但由于CCT曲线测定困难，甚至有些使用较广泛的钢种其连续冷却曲线至今仍未测出。所以大多数情况下都是借助于过冷奥氏体等温转变曲线，近似地分析钢在连续冷却转变时所得到的组织及其性能。

图6-18是利用共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线分析其在连续冷却时组织转变情况的示意图。图中v₁、v₂、v₃、v₄分别表示不同冷却速度下的冷却曲线，根据它们与C曲线相交的温度区间，可定性地确定其连续冷却转变后的组织，并大致判断它们的性能。

图6-18　等温转变曲线在连续冷却转变中的应用

v₁相当于炉冷(退火)时的冷却速度，它与C曲线相交于700～650℃区间，其转变后的产物为珠光体，硬度为170～220HBS。

v₂相当于空冷(正火)时的冷却速度，它与C曲线相交于650～600℃温度区间，其转变后的产物为索氏体，硬度为25～35HRC。

v₃相当于油冷(淬火)时的冷却速度，根据其经过C曲线的区域，可判断出一部分过冷奥氏体先转变为托氏体，但v₃并未与C曲线的转变终了线相交，而是穿过贝氏体转变区后进入马氏体转变区，由于共析钢在连续冷却过程中过冷奥氏体不发生贝氏体转变，所以部分在高温区域未转变的过冷奥氏体被冷却到M_s后转变为马氏体，最终获得托氏体、马氏体和少量残余奥氏体的混合组织，其硬度为45～55HRC。

v₄相当于水冷(淬火)，冷却速度很快，它不与C曲线相交，过冷奥氏体被直接过冷至M_s点以下，其转变产物为马氏体和少量残余奥氏体，其硬度为55～65HRC。

v_k为过冷奥氏体向马氏体转变的最小冷却速度，即临界冷却速度。