等温转变曲线

机械制造术语

等温转变曲线，即TTT曲线（T-time，T-temperature，T-transformation），可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，又称为“C曲线”。

简介

把钢从奥氏体状态迅速冷却至A1温度以下，在不同温度进行等温处理时，会得到不同组织。如图1所示，在温度一时间座标图中，横座标时间采用对数座标，左边C形曲线是转变开始曲线，此曲线左侧MS水平线以上这个区域是过冷奥氏体区；右边C形曲线是转变终了曲线，此曲线之右是转变产物区，在700℃左右转变的组织是粗珠光体，700~600℃转变的是细珠光体，600~500℃转变的是极细珠光体，500℃～MS温度转变的是贝氏体；两曲线之间是转变进行区，其组织是未转变的奥氏体和已转变的转变产物。从MS到MZ（共析钢MZ低于室温，图中未标出）是奥氏体向马氏体转变进行区，其组织为马氏体和未转变的残余奥氏体。等温转变后期，同一数量奥氏体转变所需的时间，比早期所需的要长得多，因此，座标图的时间采用对数标度，以免图表横向过长。曲线拐弯处叫做曲线的“鼻部”，此温度区转变前的孕育期最短，过冷奥氏体的稳定性最低。

等温转变曲线的测定

钢的奥氏体等温转变曲线（简称C曲线）的应用很广。在生产上广泛利用C曲线制定等温退火、等温淬火及分级淬火的工艺；利用C曲线可以大致估计钢件在某种冷却介顶中冷却得到的组织，还可以估计钢接受淬火的能力。

常用测定C曲线的方法有硬度及显微组织法，磁性测量法，膨胀测量法。

硬度及显微组织分析法

为了作出C曲线，必须测定在不同的温度停留时，奥氏体开始转变时间及转变完成时间。为此，应有一系列不同温度的恒温盐浴，对每一恒温盐浴用硬度法测出试样奥氏体开始转变及转变终了的时间。今以某一温度T1为例说明。

取一些Φ10X5毫米的试样，首先加热到奥氏体状态。取出一个试样迅速投入温度为T1的盐浴池内停留一定时间（例如5秒钟）后取出在水中淬火，以固定组织。然后测定其洛氏硬度值HRC。若此时奥氏体未发生转变，淬火后获得马氏体组织，硬度最高。第二个试样从炉中取出后同样迅速投入同一盐浴池内，并停留较长时间（例如10秒钟）后在水中冷却，测定硬度值。依此类推，依次处理其它试样并测定硬度值，直至最后几个试样的硬度值降低至一定数值保持不变为止，这表明奥氏体已分解完毕。

试验后，以硬度为纵坐标，等温处理时间为横坐标，绘出如图2所示的曲线。从图中可看出，当等温处理时间τ≤τ始时，硬度最高，这表明奥氏体未发生分解，淬火后的组织为马氏体。当τ>τ始后，硬度下降，这表明奥氏体开始分解，淬火后只能得到部分马氏体组织。因此τ始表示在温度为T1时奥氏体等温转变的开始时间。当τ≥τ终时，硬度保持低值不变，这表明奥氏体己分解完毕，淬火后没有马氏体组织。因此τ终就是奥氏体转变终了的时间。

对于不同温度的盐浴池，继续用以上方法求出各温度的奥氏体开始转生时间及转变终了时间，把这些数据画在半对数坐标上就构成奥氏体等温转变曲线，即C曲线。

磁性测量法

磁性测量法是根据奥氏体是顺磁性，而其转变产物是铁磁性。所以，可根据铁磁性的变化，用热磁仪测出奥氏体转变开始点和终了点。

测定时，把试样置于热磁仪的两磁极间，并使试样与磁场的磁力线约成10°角，然后把试样加热到奥氏体化温度。由于奥氏体是顺磁性的，所以，此时试样不受磁场作用。再把试样迅速地移下某一等温盐浴，同时用秒表记录时间。当奥氏体开始转变出现铁磁性相时，试样在磁场中就受到磁力矩的作用而发生偏转。试样开始偏转的时间即为奥氏休转变开始点。随着等温时间的增加，奥氏体分解产物也增加，试样偏转量也相应增加，即试样的偏转量与铁磁相的转变量成正比。利用光点反射或自动记录测出试样的偏转角，即可作出奥氏体转变开始与终了点。

试验后把所测定的结果绘于温度-时间半对数坐标上，就可作出奥氏体等温转变曲线。

膨胀测量法

膨胀测量法是根据奥氏体的比容与其分解产物不同来测定其转变过程。在同一温度，奥氏体比容最小，其次为珠光体，马氏体比容最大。

试验时，把试祥装在膨胀仪的试样架上，然后把试样加热到奥氏体化温度，保温一定时间后迅速投入某一温皮的等温盐浴槽中。当奥氏体发生转变时，试样膨胀，长度增加，这时在记录仪的膨胀曲续上出现拐点。试验后，根据膨胀曲线上的拐点，就可以判断在该温度下奥氏体开始转变和转变终了的时间。

以上三种方法各有优点，因此，测定奥氏体等温转变曲线时，如有条件最好同时并用三种方法，以便相互校正，使结果更准确。

等温转变产物及性能

用等温转变图可分析钢在A1线以下不同温度进行等温转变所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。

高温转变

转变温度范围为A1～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。

依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高，塑性也有所改善。

中温转变

转变温度范围为550℃～MS，此温度下转变获贝氏体型组织，贝氏体型组织是由过饱和的铁素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。

550～350℃范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状；

350～MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。

变化规律

等温转变温度-组织-性能变化规律：等温转变温度越低，其转变组织越细小，强度、硬度也越高。具体如下表：

影响等温转变曲线的因素

含碳量的影响

亚、过共折钢是由于含碳量的不同，其过冷奥氏体等温变化曲线也有所不同。通过分析亚、过共析钢的C曲线说明含碳量对C曲线的形状和位置的重要影响。

如图3所示，与共析钢C曲线相比，亚共析钢和过共析钢的C曲线在鼻尖上方多一条曲线，前者是先共析铁素体析出曲线，后者是先共析渗碳体析出曲线，故等温转变产物与共析钢相比也稍有变化。高温转变产物前者为P+F，后者为P+Fe3CⅡ中温转变产物前者为S+少量F，后者S+少量Fe3CⅡ。

另外，Ms，Mf点随奥氏体中含碳量的增加而降低，故亚共析钢的Ms，Mf均比共析钢的温度高，转变产物中残留奥氏体较少；过共析钢的Ms，Mf均比共析钢的温度低，转变产物中残留奥氏体较多。在正常等温转变条件下，亚共析钢的C曲线随含碳越的增加向右移，过共析钢的C曲线则随含碳量的增加向左移。因此，共析碳钢的C曲线鼻尖位置最靠右，过冷奥氏体最稳定。

合金元素影响

除Co外，所有溶入奥氏体的合金元素如Ni．Mn，Si，W，Mo均使C曲线右移，孕育期延长，钢的淬透性好。图为Ni和Cr对C曲线的影响。

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