第5章钢的热处理原理 体的转变 ①加热温度必须高于Ac!点,珠光体才能向奥氏体转变。转变需要一段孕育期以后才 能开始,而且温度越高,孕育期越短, ②转变温度越高,奧氏体的形成速度越快,转变所需要的时间越短。这是由两方面原 因造成的。一方面,温度越高则奥氏体与珠光体的自由能差越大,转变的推动力越大,另 方面,温度越高则原子扩散越快,因而碳的重新分布与铁的晶格改变越快,所以,使奥 氏体的形核、长大、残余渗碳体的溶解及奥氏体的均匀化都进行得越快。可见,同样一个 奥氏体化状态,既可通过较低温度较长时间的加热得到,也可由较高温度较短时间的加热 得到。因此,在制定加热工艺时,应全面考虑温度和时间的影响 2.加热速度的影响 在连续升温加热时,加热速度对奥氏体化过程有重要影响,加热速度越快,则珠光体 的过热度越大,转变的开始温度Ac越高,终了温度也越高.但转变的孕育期越短,转变 所需的时间也就越短。 3.化学成分的影响 一方面,钢中含碳量越高,奥氏体的形成速度越快。这是因为随含碳量增加,滲碳体 的数量相应地增加,铁素体和滲碳体相界面的面积増加,因此増加了奥氏体形核的部位 增大奥氏体的形核率。同时,碳化物数量增加,又使碳的扩散距离减小,以及随奥氏体中 含碳量增加,碳和铁原子的扩散系数将增大,从而增大奥氏体的长大速度 另一方面,钢中加入合金元素,并不改变珠光体向奥氏体转变的基本过程。但是,合 金元素对于奥氏体化过程的进行速度有重要影响,一般都使之减慢。 合金元素影响的原因如下: (1)合金元素会改变钢的平衡临界点:如镍、锰、铜等都使临界点降低,而铬、钨 钒、硅等则使之升高。因此,在同一温度奥氏体化时,与碳素钢相比合金元素改变了过 热度,因而也就改变了奥氏体与珠光体的自由能差,这对于奥氏体的形核与长大都有重要 (2)合金元素在珠光体中的分布是不均匀的:如铬、钼、钨、钒、钛等能形成碳化物 的元素,主要存在于共析碳化物中,镍、硅、铝等不形成碳化物的元素,主要存在于共析 铁素体中。因此,合金钢奥氏体化时,除了必须进行碳的扩散重新分布外,还必须进行合 金元素的扩散重新分布。可是,合金元素的扩散速度比碳原子要慢得多,所以合金奥氏体 的均匀化要缓慢得多。 3)某些合金元素会影响碳和铁的扩散速度:如铬、钼、钨、钒、钛等都显著减慢碳 的扩散,钴、镍等则加速碳的扩散,硅、铝、锰等影响不大 (4)极易形成碳化物的元素:如钛、钒、锆、铌、钼、钨等,会形成特殊碳化物,其 稳定性比滲碳体高,很难溶入奥氏体,必须进行较高温度较长时间加热才能完全溶解。总 之,合金钢的奥氏体化速度一般都比碳素钢慢,特别是高合金钢更要慢得多 4.原始组织的影响 在化学成分相同的情况下,随原始组织中碳化物分散度的增大,不仅铁素体和渗碳体 相界面增多,加大了奥氏体的形核率;而且由于珠光体片层间距减小,使奥氏体中的碳浓第 5 章 钢的热处理原理 ·91· ·91· 体的转变。 ① 加热温度必须高于 AC1 点，珠光体才能向奥氏体转变。转变需要一段孕育期以后才 能开始，而且温度越高，孕育期越短。 ② 转变温度越高，奥氏体的形成速度越快，转变所需要的时间越短。这是由两方面原 因造成的。一方面，温度越高则奥氏体与珠光体的自由能差越大，转变的推动力越大，另 一方面，温度越高则原子扩散越快，因而碳的重新分布与铁的晶格改变越快，所以，使奥 氏体的形核、长大、残余渗碳体的溶解及奥氏体的均匀化都进行得越快。可见，同样一个 奥氏体化状态，既可通过较低温度较长时间的加热得到，也可由较高温度较短时间的加热 得到。因此，在制定加热工艺时，应全面考虑温度和时间的影响。 2. 加热速度的影响 在连续升温加热时，加热速度对奥氏体化过程有重要影响，加热速度越快，则珠光体 的过热度越大，转变的开始温度 AC1 越高，终了温度也越高．但转变的孕育期越短，转变 所需的时间也就越短。 3. 化学成分的影响 一方面，钢中含碳量越高，奥氏体的形成速度越快。这是因为随含碳量增加，渗碳体 的数量相应地增加，铁素体和渗碳体相界面的面积增加，因此增加了奥氏体形核的部位， 增大奥氏体的形核率。同时，碳化物数量增加，又使碳的扩散距离减小，以及随奥氏体中 含碳量增加，碳和铁原子的扩散系数将增大，从而增大奥氏体的长大速度。 另一方面，钢中加入合金元素，并不改变珠光体向奥氏体转变的基本过程。但是，合 金元素对于奥氏体化过程的进行速度有重要影响，一般都使之减慢。 合金元素影响的原因如下： (1) 合金元素会改变钢的平衡临界点：如镍、锰、铜等都使临界点降低，而铬、钨、 钒、硅等则使之升高。因此，在同一温度奥氏体化时，与碳素钢相比合金元素改变了过 热度，因而也就改变了奥氏体与珠光体的自由能差，这对于奥氏体的形核与长大都有重要 影响。 (2) 合金元素在珠光体中的分布是不均匀的：如铬、钼、钨、钒、钛等能形成碳化物 的元素，主要存在于共析碳化物中，镍、硅、铝等不形成碳化物的元素，主要存在于共析 铁素体中。因此，合金钢奥氏体化时，除了必须进行碳的扩散重新分布外，还必须进行合 金元素的扩散重新分布。可是，合金元素的扩散速度比碳原子要慢得多，所以合金奥氏体 的均匀化要缓慢得多。 (3) 某些合金元素会影响碳和铁的扩散速度：如铬、钼、钨、钒、钛等都显著减慢碳 的扩散，钴、镍等则加速碳的扩散，硅、铝、锰等影响不大。 (4) 极易形成碳化物的元素：如钛、钒、锆、铌、钼、钨等，会形成特殊碳化物，其 稳定性比渗碳体高，很难溶入奥氏体，必须进行较高温度较长时间加热才能完全溶解。总 之，合金钢的奥氏体化速度一般都比碳素钢慢，特别是高合金钢更要慢得多。 4. 原始组织的影响 在化学成分相同的情况下，随原始组织中碳化物分散度的增大，不仅铁素体和渗碳体 相界面增多，加大了奥氏体的形核率；而且由于珠光体片层间距减小，使奥氏体中的碳浓