影响奥氏体形成的因素

影响奥氏体形成因素奥氏体的形成是通过形核与长大过程进行的，整个过程受原子扩散所控制。因此凡是影响扩散、影响形核与长大的一切因素，都会影响奥氏体的形成速度。链轮高频淬火就是形成奥氏体然后淬火马氏体，最后形成回火马氏体的一个过程，所以研究奥氏体的形成因素，对高频淬火及后续的检验分析淬火马氏体（出现铁素体的量的多少）的等级有本质的关系。一加热温度和保温时间上图描述了珠光体向奥氏体的转变过程，将共析钢试样迅速加热到Ac1以上各个不同温度保温，记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间，绘制转变温度和时间坐标如图。分析图，在Ac1以上某一温度保温时，奥氏体并不立即出现，而是保温一段时间后才开始形成，这段时间称为孕育期。这是由于形成奥氏体晶核需要原子的扩散，而扩散需要一定的时间。随着加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，相变驱动力ΔGv迅速增加以及奥氏体中碳的浓度梯度显著增大，使奥氏体的形核率和长大速度大大增加，故转变的孕育期和转变完成所需要时间也显著缩短，即奥氏体的形成速度越快。在影响奥氏体形成速度的诸多因素中，温度的作用最为显著。因此，控制奥氏体的形成温度至关重要。在较低的温度（在Ac1线上某一温度）长时间加热和较高温度下短时间加热都可以得到相同的奥氏体状态。在生产中，连续加热过程中，奥氏体等温转变的基本规律不变。如图，在不同的加热速度（v1、v2），可以观察出连续加热条件下奥氏体形成的基本规律。加热速度越快，孕育期越短，奥氏体开始转变的温度和转变的终了温度越高，转变终了所需要的时间越短。加热速度越慢，转变将在较低温度下进行。二原始组织的影响钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体和渗碳体组织越细，相界面越多，奥氏体的形核越多，晶核长大越快，因此，加速奥氏体的形成。如共析钢的原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时，则等温奥氏体化曲线如下图：不同原始组织共析钢等温奥氏体曲线。1淬火太2正火态3球化退火态每组曲线的左边一条是转变开始线，右边一条是转变终了线，奥氏体化最快的是淬火状态的钢，其次是正火态的钢，最慢的是球化退火态的钢。原因分析：淬火态钢在A1点以上升温过程中已经分解为微细的片状珠光体，组织最为弥散，相界面最多，最利于奥氏体的形核和长大，所以转变最快。正火态的细片珠光体，相界面也多，所以转变也很快。球化退火态的粒状珠光体，相界面最少，因此，奥氏体化最慢。三化学成分的影响因为我们链轮用的是45钢，所以这条对我们链轮意义不大，不过可应用到其他领域。1碳钢中碳的含量对奥氏体的形成速度有很大的影响。解释：钢中的含碳量越高，原始组织中的渗碳体就越多，铁素体和渗碳体的相界面就越多，奥氏体形核率增大。碳含量越高，奥氏体中碳的扩散速度就越大，增加了奥氏体的长大速度。2合金元素合金元素影响主要有以下几个方面。首先，合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度。非碳化物Co和Ni能提高碳在奥氏体中的扩散速度，故而加速了奥氏体的形成速度。Si、Al、Mn等元素对碳在奥氏体中的扩散能力影响不大。而Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素显著降低碳在奥氏体中的扩散速度，故大大减慢奥氏体的形成速度。其次，合金元素改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度，于是就改变了钢的过热度和碳在奥氏体中的扩散速度，从而影响奥氏体的形成过程。此外，钢中的合金元素在铁素体和碳化物中的分布是不均匀的，在平衡组织中，碳化物形成元素集中在碳化物中，而非碳化物形成元素的集中在铁素体中。因此，奥氏体形成后碳和合金元素在奥氏体中的分布是不均匀的，合金钢中除了碳的均匀化以外，还有一个合金元素均匀化的过程。在相同条件下，合金元素在奥氏体中扩散的速度比碳在奥氏体中扩散的速度小的多。因此，合金钢奥氏体均匀化时间要比碳钢长的多。奥氏体晶粒的大小及影响因素晶粒度就是我们链轮检验过程中的淬火马氏体的等级出现过热显现的根本原因，如1-2级，属于晶粒度长的极大。所以研究晶粒长的原因，对于分析淬火马氏体过热有直接关系。晶粒大小对热处理性能的影响：一般来说，奥氏体晶粒越细小，钢热处理后的强度就越高，塑性就越好，冲击韧度越高。奥氏体晶粒粗大，将显著降低钢的冲击韧度，减少裂纹扩展功和提高脆性转折温度，淬火变形和开裂倾向增大。尤其晶粒大小不均匀时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易产生脆性断裂等。下面分析影响晶粒度的几个关键因素的：1加热温度和保温时间的影响由于奥氏体晶粒长大和原子扩散有密切关系，所以加热温度越高，保温时间越长，晶粒越粗大。其中加热温度对晶粒的影响最为关键。2加热速度的影响加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小，这也是我们高频淬火的本质理论和意义。在生产上体现就是快速度加热短时间保温工艺来获得超细的晶粒---高频淬火工艺的核心。3钢的化学成分的影响随着奥氏体含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增加，晶粒长大倾向增大。但当碳含量超过一定的量后，碳能以未溶碳化物的形式存在，奥氏体晶粒长大收到第二相的阻碍作用，反而使奥氏体的晶粒长大倾向减小，这里我们用的是45钢，不对高碳做过多的分析。（基本理论就是细粒状渗碳体的存在，可以得到细小的晶粒）4原始组织的影响钢的原始组织越细，碳化物的弥散度越大，奥氏体的晶粒越细小。拿链轮对比分析一下，普通退火态的链轮是粗珠光体和铁素体组织。正火态是细珠光体组织。调质属于超细珠光体组织（颗粒或者球状珠光体）。在相同的加热条件下，与粗珠光体相比，细珠光体总是易于获得细小均匀的奥氏体晶粒度，和球状珠光体相比，细片珠光体（正火态）片状珠光体在加热时奥氏体晶粒易于长大和粗化，因为片状碳化物表面积大，溶解快，奥氏体形成速度也快，奥氏体形成后较早的进入晶粒长大阶段。对于原始组织为平衡组织的钢，如果采用快速加热、短时间保温的工艺方法（即我们的高频淬火工艺），或者多次快速加热-冷却的方法（有待利用和研究），便可获得非常细小的奥氏体晶粒，从而提升淬火后的机械性能、耐磨性等等等等。时间有限，本来还有一部分关于冷却时转变及控制的理论整理，时间仓促，先整理这么多，后续时间再补充完整。以上数据及理论仅供参考。检测中心张孟九2015年8月15号