钢是一种具有相变的合金,其高温组织(奥氏体)及其转变产物(铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体等)具有不同的比容。所以钢试样在加热或冷却时,除了热胀冷缩引起体积变化之外,还有因为相变而引起的体积变化,在正常膨胀曲线上出现了转折点。根据转折点可得出奥氏体转变时的温度和所需时间。
物体热胀冷缩,钢发生固态相变时,常伴随着体积的不连续变化,从而引起热膨胀的不连续变化。因此分析热膨胀现象在研究钢的相变特征方面占有很重要的地位,可用来测定不同钢种的各种相变温度。
当钢发生固态相变时,由于新旧两相的结构不同,比容不同,材料的体积将发生不连续变化,因而热膨胀曲线在相变发生的温度处形成拐点。根据这些拐点,我们就可以比较容易地确定各种相变点。
钢中各组织的比容关系是:奥氏体<铁素体<珠光体<贝氏体<马氏体。加热时,当发生铁素体和珠光体向奥氏体转变时,由于奥氏体的比容比铁素体和珠光体都小,所以引起膨胀曲线在长度上的收缩,待全部转变为奥氏体后,膨胀曲线将继续膨胀。这样,在膨胀曲线上就出现了两个拐点,从这两个拐点就能确定出AC1和AC3。冷却中,当从奥氏体中析出铁素体和奥氏体转变为珠光体时,开始时收缩的曲线会发生膨胀,当奥氏体全部转化为铁素体和珠光体后,膨胀曲线又继续收缩,从而也出现两个拐点,并根据拐点确定Ar1和Ar3。同理,当冷速加大时,发生奥氏体向贝氏体转变,引起膨胀曲线的变化而出现拐点,由此可确定Bs和Bf。当冷速足够大时,发生奥氏体向马氏体转变,同样会引起膨胀曲线的变化而出现拐点,由此可确定Ms和Mf。如上所述,若测出不同冷速下各拐点的温度,即可测出钢的过冷奥氏体连续转变曲线(CCT曲线)。
本方法通常将钢试样置入膨胀仪中,加热到奥氏体化温度保温后,以不同速度连续冷却到室温。在连续冷却过程中,奥氏体即发生相应的转变,在膨胀曲线上可以记录相应冷却速度下,转变开始点和转变结束点的温度。然后以温度为纵坐标,时间对数为横坐标,将相同性质的相转变开始点和结束点分别连成曲线,并标明最终的组织和硬度值以及Ms点等,便可得到钢的连续冷却转变曲线图,通常称CCT(continous cooling transformation)图。