珠光体转变为奥氏体,此时,成为奥氏体和过剩渗碳体的混合组织;如果进一步提高温度和延长保温时间,则过剩渗碳体将逐渐溶解于奥氏体。在温度超过Acm时,过剩渗碳体完全溶解,全部组织为奥氏体,此时奥氏体晶粒已经粗化。对于过共析碳钢制造的工具或模具,在加热时不可使渗碳体完全溶入奥氏体,否则因奥氏体晶粒粗大,导致钢淬火后脆性增大,甚至产生淬火裂纹。因此正常的淬火加热温度控制在A C1~Acm的范围内。
(3) 奥氏体的形成速度
为了能够控制钢的奥氏体化状态,必须了解奥氏体的形成首都。奥氏体的形成速度可在奥氏体等温形成图中反映出来。图8-15为共析钢奥氏体等温形成图。从图的左面起,第一条线表示有0.5%奥氏体形成,可作为奥氏体形成开始线;第二条线表示有99.9%奥氏体形成,可作为奥氏体形成终了线;第三条线表示残余碳化物溶解完了;地四条线表示奥氏体碳浓度基本达到均匀。
图8-15 共析钢的奥氏体等温形成图
从图8-15可见:奥氏体化所需要的时间与等温转变温度有密切关系。在稍高于温度时,奥氏体化所需时间较长;随着温度的提高,奥氏体化过程加快。
奥氏体形成的时间较短,残余碳化物溶解的时间较长,而奥氏体均匀化的时间更长。以780℃等温为例,形成奥氏体的时间不到10秒,要完全溶解碳化物却需要几百秒,要实现奥氏体均匀化就要10000秒(约3小时左右)。
在亚共析钢和过共析钢中,奥氏体等温形成图基本上与共析钢相同。但亚共析钢有其特点,如图8-16所示,即在含碳量较高的亚共析钢中,铁素体转变终了线与残余碳化物溶解线有交叉的特征,当温度较高时,自由铁素体溶解之后,仍有残余碳化物;而当温度较低时,残余碳化物先溶解,而后自由铁素体再溶解,在A3温度以下,当残余碳化物溶解之后 仍有铁素体存在,而且不能全部溶解。
(4) 各种因素对奥氏体形成的影响
奥氏体形成是一个扩散过程。凡是影响扩散的一些因素如温度、成分等等都将影响奥氏体形成。
1) 温度的影响
珠光体向奥氏体转变遵循形核并长大的规律。实验表明,奥氏体形核率(N)和长大率(G)与等温形成温度之间有密切关系。见表8-6所示。
表8-6 等温温度对奥氏体转变参数的影响
转变温度
(℃)
奥氏体形核率 N
(核数 / 毫米3.秒)
奥氏体长大率 G
(毫米/秒)
转变为50%奥氏体
所需时间(秒)
740
2280
0.0005
100
760
11000
0.01
9
780
51500
0.026
3
800
616000
0.041
1
表中指出,随着温度的升高,奥氏体的形核率和长大率都急剧增加,当温度从740℃提高到800℃时,奥氏体的形核率(N)约增加270倍,长大率(G)约增加80倍,从而使奥氏体转变速度大大加快。
2) 成分的影响
A 碳的影响
随着钢中含碳量的增加,渗碳体的数量相应地增加,而铁素体的数量却相对地减少,因铁素体和渗碳体的相界面总量增多,从而加速了珠光体向奥氏体的转变。
B 合金元素的影响
钢中加入合金元素不改变加热时奥氏体的形成过程,但影响奥氏体的形成速度。
由于合金元素改变A1、A3或Acm点的位置,有的元素降低A1点,如Nl、Mn等;有的元素提高A1点,如Cr、Mo、W、Si,在制定热处理的工艺时,应根据合金元素对临界点的影响,适当提高或降低奥氏体化温度。
合金元素影响碳原子在奥氏体中的扩散系数和残余碳化物的溶解。镍(Ni)既降低A1点,增加过热度,同时又增加碳在奥氏体中的扩散系数,从而加快了奥氏体的形成速度。硅(Si)和铝(Al)对碳原子在奥氏体中的扩散系数影响不大,但由于它们是升高A1,降低过热度的元素,因此,它们对奥氏体的形成速度还是减慢的。
铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)等是能够形成稳定碳化物的元素,它们既升高A1点,降低过热度,又显著降低碳在奥氏体中的扩散系数,从而也就显著地减慢奥氏体的形成速度。上述元素是按其所形成碳化物的稳定性逐渐增强的次序排列的,其中以钛(Ti)所形成的碳化物最稳定。所形成的碳化物越稳定,就越难溶解,就越减慢奥氏体的形成速度。在实际生产中,为了加速稳定碳化物的溶解,经常采取大幅度提高加热温度的措施。
C 原始组织的影响
珠光体中碳化物的形态和分散度,对铁素体和渗碳体相界面多少及彼此间的距离都有影响,在相同的温度下,相界面越多,形核率越大;层间距离越小,奥氏体中碳浓度梯度越大,扩散速度便越快,另外,扩散距离缩短,使奥氏体晶体长大速度加快。所以,原始组织越细,奥氏体形成速
度越快。
4 连续加热时奥氏体的形成
实际生产中钢件的热处理大都是采用连续加热的方法
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