《实用热处理基础理论及应用》读书笔记（6）

伯龙马

       如题
       钢在加热时的组织转变（上）      
      在常温下，钢的组织基本是由铁素体和渗碳体两相组成。要想改变组织结构，必须首先加热成奥氏体状态，然后通过不同冷却方法才能实现。所以，首先要把常温下的铁素体和渗碳体通过加热转变为奥氏体。下面以共析钢为例说明奥氏体形成过程。
      1  奥氏体的形成
      根据Fe-Fe3C相图，共析钢在常温下是珠光体，其奥氏体化温度应在A1点温度以上。因此，奥氏体形成必须经过晶格改组和原子扩散来实现，即也遵循“形核和长大”的结晶基本规律。
      共析钢奥氏体形成，包括如图1-5所示的四个阶段：

                                    （略）

           图1-5  共析钢的奥氏体形成过程示意图
      a)A形核  b)A长大  c)残余Fe3C溶解  d)A均匀化

    （1）共析钢奥氏体形成过程
      1）奥氏体形核  解析如下：
      钢加热到A1点温度时，奥氏体晶核先在铁素体和渗碳体相界面上形成，这是由于相界面的原子是以铁素体和渗碳体两种晶格的过渡排列的，原子偏离平衡位置而处于畸变状态，具有较高能量；另外，与晶体内部比较相界面处的碳不够均匀等，这些都为晶核形成创造了条件。

        2）奥氏体晶核长大  解析如下：
       这一过程是新相奥氏体相界面向着铁素体和渗碳体两个方向同时推移过程。通过原子扩散铁素体晶格先逐渐改组为奥氏体晶格，随后渗碳体通过连续不断地分解和铁原子扩散，使得奥氏体晶核不断长大。

       3）残余渗碳体溶解  解析如下：
       由于渗碳体的晶格结构和含碳量与奥氏体差别很大，渗碳体向奥氏体溶解必然落后于铁素体向奥氏体的转变。在铁素体转变完全消失后，仍有部分渗碳体未溶解，所以还需一段时间继续向奥氏体溶解，直到渗碳体全部消失。

       4）奥氏体成分均匀化  解析如下：
       奥氏体转变刚结束时，其成分是不均匀的，在原铁素体处的碳量较低，而原渗碳体处碳量较高，只有继续延长保温时间通过碳原子扩散，才能得到成分均匀的奥氏体组织。为冷却后获得良好的组织和性能打下基础。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本一样，所不同的是有过剩相出现。
     （2）亚共析钢的奥氏体形成
亚共析钢在室温下，组织为铁素体+珠光体，加热到A1点以上珠光体转变成奥氏体，还有过剩的铁素体，需加热到A3点以上铁素体才能完全溶解。
     （3）过共析钢的奥氏体形成
过共析钢在室温下，组织为渗碳体+珠光体，加热到A1点以上珠光体转变成奥氏体，还剩下过剩的渗碳体，需加热到Acm点以上渗碳体才能完全溶解。
应当说明的是，在Fe-Fe3C相图中A1、A3、Acm都是平衡条件下的转变温度，称为临界点。但在生产条件下加热速度要比平衡条件下的要快，如此要转变就需要有过热度，即临界点要高些，分别用Ac1、Ac3和Accm表示；相反，冷却时实际冷却速度比平衡条件下的要快，要转变须有过冷度，即临界点要低些，则分别用Ar1、Ar3和Arcm表示,如图1-6所示。


                                       （略）

                 图1-6  加热和冷却时Fe-Fe3C相图上的临界点位置

       加热温度高低和速度快慢，会影响奥氏体形成的速度，如图1-7所示。从图中看出，奥氏体的形成需要经过一定的“孕育期”，即形核前的一段准备时间。实践表明，加热温度越高，孕育期越短，全部形成奥氏体所需要的时间也越短。例如，快速加热（高温加热、高频加热、激光加热等）需要的时间比普通加热所需的时间要短得多。
   
                                        （略）

                图1-7  奥氏体转变量与温度及时间的关系