鋼是一種具有相變的合金,其高溫組織(奧氏體)及其轉變產物(鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體等)具有不同的比容。所以鋼試樣在加熱或冷卻時,除了熱脹冷縮引起體積變化之外,還有因為相變而引起的體積變化,在正常膨脹曲線上出現了轉折點。根據轉折點可得出奧氏體轉變時的溫度和所需時間。
物體熱脹冷縮,鋼發生固態相變時,常伴隨著體積的不連續變化,從而引起熱膨脹的不連續變化。因此分析熱膨脹現象在研究鋼的相變特征方面占有很重要的地位,可用來測定不同鋼種的各種相變溫度。
當鋼發生固態相變時,由于新舊兩相的結構不同,比容不同,材料的體積將發生不連續變化,因而熱膨脹曲線在相變發生的溫度處形成拐點。根據這些拐點,我們就可以比較容易地確定各種相變點。
鋼中各組織的比容關系是:奧氏體<鐵素體<珠光體<貝氏體<馬氏體。加熱時,當發生鐵素體和珠光體向奧氏體轉變時,由于奧氏體的比容比鐵素體和珠光體都小,所以引起膨脹曲線在長度上的收縮,待全部轉變為奧氏體后,膨脹曲線將繼續膨脹。這樣,在膨脹曲線上就出現了兩個拐點,從這兩個拐點就能確定出AC1和AC3。冷卻中,當從奧氏體中析出鐵素體和奧氏體轉變為珠光體時,開始時收縮的曲線會發生膨脹,當奧氏體全部轉化為鐵素體和珠光體后,膨脹曲線又繼續收縮,從而也出現兩個拐點,并根據拐點確定Ar1和Ar3。同理,當冷速加大時,發生奧氏體向貝氏體轉變,引起膨脹曲線的變化而出現拐點,由此可確定Bs和Bf。當冷速足夠大時,發生奧氏體向馬氏體轉變,同樣會引起膨脹曲線的變化而出現拐點,由此可確定Ms和Mf。如上所述,若測出不同冷速下各拐點的溫度,即可測出鋼的過冷奧氏體連續轉變曲線(CCT曲線)。
本方法通常將鋼試樣置入膨脹儀中,加熱到奧氏體化溫度保溫后,以不同速度連續冷卻到室溫。在連續冷卻過程中,奧氏體即發生相應的轉變,在膨脹曲線上可以記錄相應冷卻速度下,轉變開始點和轉變結束點的溫度。然后以溫度為縱坐標,時間對數為橫坐標,將相同性質的相轉變開始點和結束點分別連成曲線,并標明最終的組織和硬度值以及Ms點等,便可得到鋼的連續冷卻轉變曲線圖,通常稱CCT(continous cooling transformation)圖。