1-6 钢的冷却速度与特性的关系（连续冷却转变）

上次解释的铁碳平衡图对于处理钢材的人来说很重要，但连续冷却转变曲线对于热处理工作更重要。平衡相图与加热和冷却无关，显示了每个温度下平衡态的结构，类似于热处理中完全退火过程中的结构变化。然而，当从奥氏体区域冷却时，所得组织因冷却速度而异，并且在与平衡状态完全不同的温度下转变。

将钢以这种方式加热到奥氏体状态时的相变图称为连续冷却相变曲线或CCT（Continuous：连续，Cooling：冷却，Transformation：transformation）曲线。它也被称为 C 曲线，因为该曲线具有 C 形状。该曲线是机械结构用碳素钢和合金钢通过退火、正火和淬火获得的硬度以及正火时的冷却速度的指导，以从每条曲线中获得预定的硬度。也可以估计临界冷却标准化期间的速率。

图1为机械结构用合金钢的CCT曲线示意图。纵轴是温度，横轴是时间（对数刻度），这样就可以看出冷却速度和得到的硬度之间的关系。

图1 机械结构用合金钢连续冷却转变（CCT）曲线示意图

图1中符号和数字的含义

• 1. 1. 变换曲线名称
• Fs：奥氏体向铁素体转变起始线
• ps：奥氏体向珠光体转变起始线
• Pf：珠光体转变终点线
• 女士：奥氏体向马氏体转变开始线
• Mf：转变为马氏体的终点线
• Ae1、Ae3：显示供参考，A1 和 A3 转变点分别处于平衡状态。
• 2. 2. 金相组织名称
• γ：γFe（奥氏体）
• α：αFe（铁氧体）
• P：珠光体
• B：贝氏体
• M：马氏体
• 3. 3. 冷却曲线的含义
• 实线：1 冷却速度更慢 ⇒ 2 ⇒ 3 ⇒ 4 冷却速度更快
• 虚线：5 上临界冷却速率，6 下临界冷却速率

即冷却速度越慢，得到的硬度越低，冷却速度越快，硬度越高。将热处理的名称应用到图中所示的四个冷却曲线（1到4），冷却速度更慢的曲线（1）完全退火，接下来的曲线（2）退火。可以看出对应于正火的室温金相组织是铁素体（α）和珠光体（P）的混合组织，如图2所示。但是，2 中的晶粒尺寸更小，珠光体的数量增加，其冷却速度比 1 中更快。在这两种情况下，直到达到 Fs 点的组织都是过冷奥氏体 (γ)，相变从 Fs 点开始转变为铁素体，在 Ps 点转变为珠光体，并在 Pf 点结束。

图2 S45C的铁素体（白色部分）+珠光体（着色部分）组织[冷却曲线2]

具有较快冷却速率的两条曲线 (3, 4) 对应于淬火。更快的曲线 (4) 表明，通过到室温的**转变点是 Ms 和 Mf 点，因此得到的金相组织是马氏体单相。另外，该相变点的M表示马氏体，s表示开始，f表示结束。由于另一条曲线（3）在到达Ms点之前经过相变起始线（Bs点）到B（贝氏体），因此室温下的金相组织为马氏体和较软的贝氏体，或者变成与珠光体的混合组织，淬火硬度低于马氏体单相。

例如，图 3 显示了使用 S45C 的冷却曲线 3 和 4 时出现的微观结构。在冷却曲线4的情况下，是马氏体的单相，但在冷却曲线3的情况下，可以看出它具有马氏体和细珠光体的混合组织（黑色部分）。

图3 S45C的马氏体组织

图 1 中的虚线冷却曲线 5 和 6 是淬火的临界冷却速度。冷却曲线5表示获得马氏体单相组织的更慢冷却速度，称为上临界冷却速度。另外，曲线6表示不能通过Ms点(不能得到马氏体)的冷却速度，将该曲线称为下临界冷却速度。

至于 CCT 曲线，提高淬透性的 Cr 和 Mo 等合金元素含量越高，奥氏体化温度越高，冷却速度越慢，因为整个曲线向右移动。以获得高硬度。这表明即使在较慢的冷却速度下，合金钢也比碳钢更容易淬火和硬化。顺便说一句，冷模中使用的skd11含有约12%的Cr，因此CCT曲线偏长。因此，这种材料也被称为空气淬火钢，因为它甚至可以通过空气冷却来硬化