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钢在连续加热时珠光体向奥氏体的转变

发布时间:2018-02-09   来源:易紧通整理  
  在实际生产中,绝大多数都是连续加热过程,即在A形成的同时温度还在不断升高。可以将连续加热过程分解成无数个无限小的等温加热过程来进行分析,因此在连续加热时珠光体向奥氏体转变的规律与等温转变基本相同,也经过成核、长大、剩余碳化物溶解、奥氏体均匀化四个阶段,但与等温转变相比较,尚有下列特点。

  相变是在一个温度范围内完成的

  钢在连续加热时,奥氏体形成的各阶段分别在一个温度范围内完成,而且随加热速度的增大,各阶段转变温度范围均向高温推移、扩大。

  在等速加热条件下,奥氏体形成的实际热分析曲线见图2-12,呈马鞍形。当缓慢加热时,在转变开始阶段,由于珠光体到奥氏体的转变速度小,奥氏体形成所吸收收的热量(相变潜热)q亦很小,如果加热供给试样的热量Q等于转变所消耗的热量q,则全部热量都用于形成奥氏体,温度不再上升,转变是在等温下进行的。但若加热速度较快时,使Q>q,则供给试样的热量除用于转变之外尚有剩余,因而使温度继续上升,但由于受相变潜热的影响,使升温速度减慢,而偏离直线如aal段;当珠光体到奥氏体的转变速度达到最大时,奥氏体大量形成,相变潜热增大,直至q>Q,温度开始下降,出现a1c段;随后,珠光体到奥氏体的转变速度逐步降低,至Q>q时,温度重新上升。

  当快速加热时,aal段向高温延伸,平台ac亦向高温推移,这时,水平阶梯只是标志着奥氏体大量形成阶段。随加热速度进一步提高,奥氏体形成温度继续向高温推移,见图2-13。由图中每个曲线可以看出,在升温曲线的某一时间范围内,温度保持不变,在曲线上出现一个水平台阶,如前所述,它是由相变过程的吸热效应引起的,并随加热速度的增大而上升,但当加热速度很大时,水平台阶上升趋势减缓。应当指出,奥氏体形成在水平台阶以下已经开始,相变终了温度在水平台阶以上,上下延伸的温度范围可达10℃,并且随加热速度的升高,转变温度范围也在扩大。因此,在连续加热时,尤其是在加热速度很快的情况下,难于用Fe-Fe3C相图来判断钢加热时的组织。


     转变速度随加热速度增大而增大

  图2-14示出共析碳钢在连续加热时的奥氏体形成图。图中各加热曲线与转变曲线的交点表示不同加热速度下转变开始及各阶段转变终了的时间和温度。由图中可见,加热速度越快,转变开始和终了温度越高,转变所需的时间越短,即奥氏体形成速度越快。同时还可明显地看到,连续加热时,珠光体到奥氏体转变的各个阶段都不是在恒定的温度下进行的,而是在一个相当大的温度范围内进行的,加热速度越快,转变温度范围越大。

  奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大

  如前所述,钢在连续加热时,随加热速度的增大,相变温度也相应提高,因此接触相之阿的平衡C浓度产生了显著变化。由图2-7可知,Cra随奥氏体形成温度升高而减小,Crc随奥氏体形成温度升高而增大。因此,在快速加热的条件下,由于碳化物来不及充分溶解,C和合金元素的原子来不及充分扩散,造成奥氏体中碳及合金元素浓度分布极不均匀。图2-15示出加热速度和焠火温度对40钢奥氏体内高碳区最高碳浓度的影响。由图可见,随加热速度的升高。高碳区内最高碳浓度也增大,并向高温方向移动。当以230℃/s加热至960℃时,奥氏体中的高碳区最高含碳量可高达1.7%。当淬火加热温度一定时,随着加热速度增大,相变时间缩短,使原珠光体和铁素体区域内的奥氏体含碳量差别增大,并且剩余碳化物数量增多,导致奥氏体基体的平均含碳量降低。在实际生产中,可能因为加热速度快,保温时问短,而导致亚共析钢淬火后得到的马氏体的含碳量低于尚未完全转变的铁素体及碳化物的平均成分。这种情况常常是应当避免的,可通过细化原始组织使其减轻。在高碳钢中,由于加热速度快,保温时间短,则会出现含碳量低于共析成分的低、中碳马氏体及剩余碳化物,这有助于使高碳钢马氏体获得韧化,常常是有益的,应当加以利用。


  奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化

  在快速加热时,由于相变时过热度大,奥氏体成核率急剧增大,又由于加热时间短(如用107℃/s加热时,奥氏体形成时间只有10-5s),奥氏体晶粒来不及长大,淬火后可获得超细化的奥氏体晶粒。例如,采用超高频脉冲加热(时问为10-3s)淬火后,在20000倍的显微镜下也难分辨其奥氏体晶粒大小。

  综上所述,在连续加热时,随着加热速度的增大,奥氏体形成温度升高,可引起奥氏体起始晶粒细化;同时,由于剩余碳化物数量随加热速度加快而增多,故奥氏体基体的平均含碳量降低。这两个因索都可使淬火马氏体获得韧化和强化。近年来发展的快速加热、超快速加热和脉冲加热淬火均是依据这个原理而实现强化、韧化处理的。
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