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影響奧氏體形成速度的因素

一》前言

本期內(nèi)容，給大家分享影響奧氏體形成速度的四個(gè)因素，相信通過(guò)這期的介紹，大家對(duì)某些問(wèn)題會(huì)有新的看法和認(rèn)識(shí)。

二》因素①“加熱溫度的影響”

一般來(lái)說(shuō)，隨著加熱溫度的升高，奧氏體形成速度就愈快。而且隨加熱溫度的升高，奧氏體的形核率I核長(zhǎng)大速度G均增大，但I(xiàn)的增大速率高于G的增大速率（如表1所示）。

因此，奧氏體形成溫度越高，獲得的起始晶粒度就越細(xì)小。同時(shí)，隨加熱溫度升高，奧氏體向鐵素體中的相界面推移速度與奧氏體向滲碳體中的相界面推移速度之比增大。例如，溫度為780℃時(shí)，兩者之比為14.9，而當(dāng)溫度升高至800℃時(shí)，兩者之比增大到19.1。因此，奧氏體形成溫度升高時(shí)，在珠光體中的鐵素體相消失（即全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體）的瞬間，剩余滲碳體量增大，剛形成的奧氏體的平均碳含量降低（表2）。

所以，實(shí)際熱處理時(shí)加熱速度愈大（或過(guò)熱度愈大），鋼中可能殘留的碳化物數(shù)量就愈多。

綜上所述：

①隨著奧氏體形成溫度的升高，奧氏體的起始晶粒細(xì)化；同時(shí)，②相變的不平衡程度增大，在鐵素體相消失的瞬間，剩余滲碳體量增多，因而奧氏體基體的平均碳含量降低。這兩個(gè)因素均有利于改善淬火鋼尤其是淬火高碳工具鋼的韌性。

三》因素② “碳含量的影響”

鋼中碳含量愈高，奧氏體形成速度就愈快。

因?yàn)樘己吭龈邥r(shí)，碳化物數(shù)量增多，鐵素體與滲碳體的相界面面積增大，因而增加了奧氏體的形核部位，使形核率增大。同時(shí)，碳化物數(shù)量增多后，使碳的擴(kuò)散距離減小，并且隨奧氏體中碳含量增加，碳和鐵原子的擴(kuò)散系數(shù)增大，這些因素都加速了奧氏體的形成。

但是，在過(guò)共析鋼中由于碳化物數(shù)量過(guò)多，隨碳含量增加會(huì)引起剩余碳化物溶解和奧氏體均勻化的時(shí)間延長(zhǎng)。

四》因素③“原始組織的影響”

在鋼的成分相同的情況下，原始組織中碳化物的分散度愈大，則相界面就愈多，形核率也就愈大。同時(shí)由于珠光體的片間距減小，奧氏體中碳的濃度梯度增大，使碳原子的擴(kuò)散速度加快，而且碳原子擴(kuò)散距離也減小，這些都增大奧氏體的長(zhǎng)大速度。

因此，鋼的原始組織愈細(xì)小，奧氏體的形成速度就愈快。

例如，奧氏體形成溫度為760℃，若珠光體的片層間距從0.5μm減少至0.1μm時(shí)，奧氏體的長(zhǎng)大速度增加約7倍。原始組織中碳化物的形狀對(duì)奧氏體的形成速度也有一定的影響。與粒狀珠光體相比，由于片狀珠光體的相界面較大，滲碳體呈薄片狀，易于溶解，所以加熱時(shí)奧氏體容易形成。

五》因素④ “合金元素的影響”

鋼中加入合金元素并不影響珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變機(jī)制，但影響碳化物的穩(wěn)定性及碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，并且多數(shù)合金元素在碳化物和基體之間的分布是不均勻的，所以合金元素將影響奧氏體的形核和長(zhǎng)大、碳化物溶解、奧氏體均勻化的速度。

強(qiáng)碳化物形成元素如Mo、W、Cr等降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以顯著減慢奧氏體的形成速度。非碳化物形成元素Co和Ni增大碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，加速奧氏體的形成。Si和Al對(duì)碳在奧氏體中擴(kuò)散的影響不大，所以對(duì)奧氏體的形成速度無(wú)顯著影響。

鋼中加入合金元素可能改變相變臨界點(diǎn)A1、A3、Acm的位置，即改變相變時(shí)的過(guò)熱度，從而影響奧氏體的形成速度。如Ni、Mn、Cu等降低A1點(diǎn)，相對(duì)地增大了過(guò)熱度，故使奧氏體的形成速度增大；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A1點(diǎn)，相對(duì)地減小了過(guò)熱度，所以減慢了奧氏體的形成速度。

鋼中加入合金元素還可影響珠光體片層間距和碳在奧氏體中的溶解度，從而影響相界面濃度差和奧氏體中的濃度梯度以及形核功等，從而影響奧氏體的形成速度。

研究證明，鋼中合金元素在原始組織各相中的分布是不均勻的。

在退火狀態(tài)下，碳化物形成元素（如Mo、W、V、Ti、Cr等）主要集中剛在碳化物相中，而非碳化物形成元素（如Co、Ni、Si等）則主要集中在鐵素體相中。合金元素的這種不均勻分布現(xiàn)象直至碳化物完全溶解后還顯著地保留在奧氏體中。

因此，合金鋼的奧氏體均勻化過(guò)程，除了碳的均勻化外，還包括了合金元素的均勻化。由于合金元素的擴(kuò)散系數(shù)比碳原子的擴(kuò)散系數(shù)小約1000-100000倍，同時(shí)碳化物形成元素還降低碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，如若形成特殊碳化物（如VC、TiC等）則更難于溶解。

因此合金鋼的奧氏體均勻化過(guò)程比碳鋼要長(zhǎng)得多。

鑒于上述原因，合金鋼淬火加熱時(shí)，為了使奧氏體均勻化，需要加熱到更高溫度和保溫更長(zhǎng)時(shí)間。

六》后記

通過(guò)本期內(nèi)容的介紹，相信大家對(duì)影響奧氏體形成速度的幾個(gè)因素都比較了解了。若想記得更牢，還是需要結(jié)合實(shí)踐才能相得益彰。

好的，本期內(nèi)容到此就結(jié)束了，后續(xù)精彩內(nèi)容，且看下期分解。