动力学曲线与等温转变图

Johnson-Mehl方程和Avrami方程都是描写等温转变过程，在各自的温度下均有等温转变动力学曲线。由于形核率主要受临界形核功控制，对冷却转变而言，形核功ΔG∗随着温度的降低，即过冷度增大而急剧地减小，故使形核率增加，转变速度加快。扩散型相变的线长大速度v也与温度有关，随着温度降低，扩散系数D变小，v则随着D的减小而降低。这是两个相互矛盾的因素，它使得动力学曲线呈现S形，而使等温转变图呈现C形。

图4-20a是依据Johnson-Mehl方程所作的等温转变曲线，其中上图是以时间为横坐标，转变量为纵坐标绘制的动力学曲线，表示了不同温度下的转变量与等温时间的关系，各温度的转变孕育期不等，转变速度在转变量为50％时最快；下图是上图的转换图形，本质相同，仅表现形式不同，转变量与时间的关系呈现C形。

图4-20b是共析碳素钢的等温转变图。由图中可见，在高温区发生珠光体转变，中温区进行贝氏体相变，低温区（Ms以下）存在马氏体相变。在550℃共析分解速度最快，转变所需时间最短，此温度称为“鼻温”。

图4-20 理论计算的相变动力学曲线和T8等温转变图^[13]

过冷奥氏体转变为珠光体的动力学参数，即形核率和长大速度与转变温度的关系都具有极大值特征。图4-21所示为共析钢的形核率N、长大速度G与温度的关系图解。可见，N、G均随着过冷度的增加先增后减，在550℃附近有极大值。这是由于随着过冷度的增加，奥氏体和珠光体的吉布斯自由能差值增大，故使N、G增加。另外，随着过冷度的继续增大，共析分解温度越来越低，原子扩散能力越来越弱，使转变速度变小。这样在N、G与温度的关系曲线上就出现了极大值。

从动力学图上可以看出：

1）珠光体（或贝氏体）形成初期有一个孕育期，它是指等温开始到发生转变的这段时间。

2）等温温度从临界点A₁开始逐渐降低时，相变的孕育期逐渐缩短，降低到某一温度时孕育期最短，温度再降低时孕育期又逐渐变长。

3）从整体上看，一般来说，随着时间的延长，转变速度逐渐变大，达到50％的转变量时转变速度最大，转变量超过50％时转变速度复又降低。(www.xing528.com)

对于亚共析钢，在珠光体转变动力学图的左上方有一条先共析铁素体的析出线，如图4-22所示^[13]。

对于过共析钢，如果奥氏体化温度在A_cm以上，则在珠光体转变动力学图的左上方有一条先共析渗碳体的析出线，如图4-23所示。可见，图中左上方的那条曲线表示过冷奥氏体析出先共析渗碳体的开始线^[13]。

图4-21 共析钢的形核率N、长大速度G与温度的关系

合金结构钢和工具钢的奥氏体等温转变图在制订退火、正火、淬火等热处理工艺中起重要作用，是选择热处理参数的重要依据。如贝氏体等温淬火工艺要参考贝氏体转变C曲线的温度范围和转变时间数据。

图4-22 45钢奥氏体等温转变图

图4-23 T11钢奥氏体等温转变图