等溫轉變曲線

等溫轉變曲線，即TTT曲線（T-time，T-temperature，T-transformation），可綜合反映過冷奧氏體在不同過冷度下等溫溫度、保持時間與轉變產物所占的百分數（轉變開始及轉變終止）的關係曲線，又稱為“C曲線”。

基本介紹

• 中文名：等溫轉變曲線
• 外文名：isothermal transformation curve 
• 別稱：C曲線、TTT曲線
• 測定方法：磁性測量法、膨脹測量法等
• 影響因素：含碳量、合金元素等

簡介

把鋼從奧氏體狀態迅速冷卻至A₁溫度以下，在不同溫度進行等溫處理時，會得到不同組織。如圖所示，在溫度一時間座標圖中，橫座標時間採用對數座標，左邊C形曲線是轉變開始曲線，此曲線左側M_S水平線以上這個區域是過冷奧氏體區；右邊C形曲線是轉變終了曲線，此曲線之右是轉變產物區，在700℃左右轉變的組織是粗珠光體，700~600℃轉變的是細珠光體，600~500℃轉變的是極細珠光體，500℃～M_S溫度轉變的是貝氏體；兩曲線之間是轉變進行區，其組織是未轉變的奧氏體和已轉變的轉變產物。從M_S到M_Z（共析鋼MZ低於室溫，圖中未標出）是奧氏體向馬氏體轉變進行區，其組織為馬氏體和未轉變的殘餘奧氏體。等溫轉變後期，同一數量奧氏體轉變所需的時間，比早期所需的要長得多，因此，座標圖的時間採用對數標度，以免圖表橫向過長。曲線拐彎處叫做曲線的“鼻部”，此溫度區轉變前的孕育期最短，過冷奧氏體的穩定性最低。

等溫轉變曲線的測定

鋼的奧氏體等溫轉變曲線（簡稱C曲線）的套用很廣。在生產上廣泛利用C曲線制定等溫退火、等溫淬火及分級淬火的工藝；利用C曲線可以大致估計鋼件在某種冷卻介頂中冷卻得到的組織，還可以估計鋼接受淬火的能力。

常用測定C曲線的方法有硬度及顯微組織法，磁性測量法，膨脹測量法。

硬度及顯微組織分析法

為了作出C曲線，必須測定在不同的溫度停留時，奧氏體開始轉變時間及轉變完成時間。為此，應有一系列不同溫度的恆溫鹽浴，對每一恆溫鹽浴用硬度法測出試樣奧氏體開始轉變及轉變終了的時間。今以某一溫度T₁為例說明。

取一些Φ10X5毫米的試樣，首先加熱到奧氏體狀態。取出一個試樣迅速投入溫度為T₁的鹽浴池內停留一定時間（例如5秒鐘）後取出在水中淬火，以固定組織。然後測定其洛氏硬度值HRC。若此時奧氏體未發生轉變，淬火後獲得馬氏體組織，硬度最高。第二個試樣從爐中取出後同樣迅速投入同一鹽浴池內，並停留較長時間（例如10秒鐘）後在水中冷卻，測定硬度值。依此類推，依次處理其它試樣並測定硬度值，直至最後幾個試樣的硬度值降低至一定數值保持不變為止，這表明奧氏體已分解完畢。

試驗後，以硬度為縱坐標，等溫處理時間為橫坐標，繪出如圖所示的曲線。從圖中可看出，當等溫處理時間τ≤τ_始時，硬度最高，這表明奧氏體未發生分解，淬火後的組織為馬氏體。當τ>τ_始後，硬度下降，這表明奧氏體開始分解，淬火後只能得到部分馬氏體組織。因此τ_始表示在溫度為T₁時奧氏體等溫轉變的開始時間。當τ≥τ_終時，硬度保持低值不變，這表明奧氏體己分解完畢，淬火後沒有馬氏體組織。因此τ_終就是奧氏體轉變終了的時間。

對於不同溫度的鹽浴池，繼續用以上方法求出各溫度的奧氏體開始轉生時間及轉變終了時間，把這些數據畫在半對數坐標上就構成奧氏體等溫轉變曲線，即C曲線。

磁性測量法

磁性測量法是根據奧氏體是順磁性，而其轉變產物是鐵磁性。所以，可根據鐵磁性的變化，用熱磁儀測出奧氏體轉變開始點和終了點。

測定時，把試樣置於熱磁儀的兩磁極間，並使試樣與磁場的磁力線約成10°角，然後把試樣加熱到奧氏體化溫度。由於奧氏體是順磁性的，所以，此時試樣不受磁場作用。再把試樣迅速地移下某一等溫鹽浴，同時用秒表記錄時間。當奧氏體開始轉變出現鐵磁性相時，試樣在磁場中就受到磁力矩的作用而發生偏轉。試樣開始偏轉的時間即為奧氏休轉變開始點。隨著等溫時間的增加，奧氏體分解產物也增加，試樣偏轉量也相應增加，即試樣的偏轉量與鐵磁相的轉變數成正比。利用光點反射或自動記錄測出試樣的偏轉角，即可作出奧氏體轉變開始與終了點。

試驗後把所測定的結果繪於溫度-時間半對數坐標上，就可作出奧氏體等溫轉變曲線。

膨脹測量法

膨脹測量法是根據奧氏體的比容與其分解產物不同來測定其轉變過程。在同一溫度，奧氏體比容最小，其次為珠光體，馬氏體比容最大。

試驗時，把試祥裝在膨脹儀的試樣架上，然後把試樣加熱到奧氏體化溫度，保溫一定時間後迅速投入某一溫皮的等溫鹽浴槽中。當奧氏體發生轉變時，試樣膨脹，長度增加，這時在記錄儀的膨脹曲續上出現拐點。試驗後，根據膨脹曲線上的拐點，就可以判斷在該溫度下奧氏體開始轉變和轉變終了的時間。

以上三種方法各有優點，因此，測定奧氏體等溫轉變曲線時，如有條件最好同時並用三種方法，以便相互校正，使結果更準確。

等溫轉變產物及性能

用等溫轉變圖可分析鋼在A₁線以下不同溫度進行等溫轉變所獲的產物。根據等溫溫度不同，其轉變產物有珠光體型和貝氏體型兩種。

高溫轉變

轉變溫度範圍為A₁～550℃ ，獲片狀珠光體型（F+P）組織。

依轉變溫度由高到低，轉變產物分別為珠光體、索氏體、托氏體，片層間距由粗到細。其力學性能與片層間距大小有關，片層間距越小，則塑性變形抗力越大，強度和硬度越高，塑性也有所改善。

中溫轉變

轉變溫度範圍為550℃～M_S，此溫度下轉變獲貝氏體型組織，貝氏體型組織是由過飽和的鐵素體和碳化物組成的，分上貝氏體和下貝氏體。

550～350℃範圍內形成的貝氏體稱為上貝氏體，金相組織呈羽毛狀；

350～M_S範圍內形成的貝氏體稱為下貝氏體，金相組織呈黑色針狀或片狀，下貝氏體組織通常具有優良的綜合力學性能，即強度和韌性都較高。

變化規律

等溫轉變溫度-組織-性能變化規律：等溫轉變溫度越低，其轉變組織越細小，強度、硬度也越高。具體如下表：

轉變類型	轉變溫度/℃	轉變產物	符號	顯微組織特徵	硬度HRC
高溫轉變	Ac1～650	珠光體	P	粗片狀鐵素體與滲碳體混合物	<25
	650～600	索氏體	S	600倍光學金相顯微鏡下才能分辨的細片狀珠光體	25～35
	600～550	托氏體	T	在光學金相顯微鏡下已無法分辨的極細片狀珠光體	35～40
中溫轉變	550～350	上貝氏體	B上	羽毛狀組織	40～45
	350～Ms	下貝氏體	B下	黑色針狀或稱竹葉狀組織	45～55

影響等溫轉變曲線的因素

含碳量的影響

亞、過共折鋼是由於含碳量的不同，其過冷奧氏體等溫變化曲線也有所不同。通過分析亞、過共析鋼的C曲線說明含碳量對C曲線的形狀和位置的重要影響。

如圖所示，與共析鋼C曲線相比，亞共析鋼和過共析鋼的C曲線在鼻尖上方多一條曲線，前者是先共析鐵素體析出曲線，後者是先共析滲碳體析出曲線，故等溫轉變產物與共析鋼相比也稍有變化。高溫轉變產物前者為P+F，後者為P+Fe₃C_Ⅱ中溫轉變產物前者為S+少量F，後者S+少量Fe₃C_Ⅱ。

另外，M_s，M_f點隨奧氏體中含碳量的增加而降低，故亞共析鋼的M_s，M_f均比共析鋼的溫度高，轉變產物中殘留奧氏體較少；過共析鋼的M_s，M_f均比共析鋼的溫度低，轉變產物中殘留奧氏體較多。在正常等溫轉變條件下，亞共析鋼的C曲線隨含碳越的增加向右移，過共析鋼的C曲線則隨含碳量的增加向左移。因此，共析碳鋼的C曲線鼻尖位置最靠右，過冷奧氏體最穩定。

合金元素影響

除Co外，所有溶入奧氏體的合金元素如Ni．Mn，Si，W，Mo均使C曲線右移，孕育期延長，鋼的淬透性好。圖為Ni和Cr對C曲線的影響。