显然，快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响。当用超快速加热时，可获得超细化晶粒。对于低碳钢，即使加热到910℃以上，在快速加热的条件下仍难以完成奥氏体的均匀化，有时甚至会在淬火钢中出现铁素体。......
2023-06-24
钢在非平衡加热下的相变特点分析
【摘要】：如前所述，钢在表面淬火时，其基本条件是有足够的能量密度提供表面加热，使表面有足够快的速度达到相变点以上的温度。钢在非平衡加热时有以下特点。但当加热速度达到某一范围时，所有亚共析钢的转变温度均相同。图4-1快速加热条件下的非平衡Fe-Fe3C相图对Ac1的影响不能一概而论，因为珠光体向奥氏体的转变在快速加热时不是一个恒定的温度，而是在一个温度范围内完成，如图4-2所示。
如前所述，钢在表面淬火时，其基本条件是有足够的能量密度提供表面加热，使表面有足够快的速度达到相变点以上的温度。例如，高频感应加热表面淬火，其提供给表面的功率密度达15000W/cm2，加热速度达100℃/s以上。因此，表面淬火时，钢处在非平衡加热状态下。钢在非平衡加热时有以下特点。
1.加热速度对临界相变点的影响
图4-1为快速加热条件下非平衡的Fe-Fe3C相图。由图看出，相变点Ac3及Accm在快速加热时均随着加热速度的增加而向高温移动。但当加热速度达到某一范围时，所有亚共析钢的转变温度均相同。例如，当加热速度为103～106℃/s时，碳含量为0.2%～0.9%的钢的Ac3点均约为1130℃。
图4-1 快速加热条件下的非平衡Fe-Fe3C相图
对Ac1的影响不能一概而论，因为珠光体向奥氏体的转变在快速加热时不是一个恒定的温度，而是在一个温度范围内完成，如图4-2所示。加热速度越快，奥氏体形成温度范围越宽，但形成速度快，形成时间短。加热速度对奥氏体开始形成温度影响不大，但随着加热速度的提高，显著提高了形成终了温度。原始组织越不均匀，最终形成温度提得越高。但亚共析钢中自由铁素体向奥氏体转变的温度不会超过910℃，因为此温度下α-Fe可以在无碳的条件下转变成γ相。
2.加热速度对相变动力学的影响
在一般等温加热条件下，珠光体向奥氏体转变的速度随等温温度的提高而加快。
在连续加热的条件下，珠光体向奥氏体转变的动力学也可用图4-3来说明。由A1点出发的不同仰角的射线表示相变区的各种加热速度，它们分别与曲线1(相变开始)和曲线2(相变结束)相交于a1、a2、…和b1、b2、…。显然，加热速度越大(v2>v1)，进行相变的温度越高，而所需要的时间越短。
图4-2 加热速度对珠光体向奥氏体转变温度范围的影响
图4-3 珠光体转变为奥氏体的等温温度与时间关系(GCr15)
1—相变开始；2—相变结束
40Cr和40CrNi钢过冷奥氏体等温转变图与加热速度的关系如图4-4所示。由图可见，在加热温度相同的条件下，加热速度越高，奥氏体的稳定性越差。这是因为加热速度越高，加热时间越短，形成的奥氏体晶粒越细小，且成分越不均匀。
图4-4 40Cr和40CrNi钢过冷奥氏体等温转变图与加热速度的关系(奥氏体化温度为950℃)
(a)40Cr；(b)40CrNi
×—感应加热，加热速度为225℃/s；○—感应加热，加热速度为120℃/s；△—炉中加热
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2023-06-23
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