快速加热对相变后组织的影响

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：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。

1.奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大

如前所述，随着加热速度的增大，转变温度提高，转变温度范围扩大。由Fe-Fe3C相图可知，随着转变温度的升高，与铁素体相平衡的奥氏体碳浓度降低，而与渗碳体相平衡的奥氏体碳浓度增大，因此，与铁素体相毗邻的奥氏体中碳浓度将和与渗碳体相毗邻的奥氏体中碳浓度有很大差异。由于加热速度快、加热时间短，碳及合金元素来不及扩散，将造成奥氏体内成分的不均匀，且随着加热速度的提高，奥氏体成分的不均匀性增大。例如，wC＝0.4%的碳钢，当以130℃/s的加热速度加热至900℃时，奥氏体中存在着wC＝1.6%的碳浓度区。

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。对热传导系数小、碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。

2.提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒

快速加热时，过热度很大，奥氏体晶核不仅在铁素体—碳化物相界面上形成，而且可能在铁素体的亚晶界上形成，因此使奥氏体的成核率增大。又由于加热时间极短(如加热速度为107℃/s时，奥氏体形成时间仅10-3s)，故奥氏体晶粒来不及长大。当用超快速加热时，可获得超细化晶粒。图4-5显示了40钢和T10钢加热速度提高后，奥氏体晶粒细化。

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图4-5　加热速度对奥氏体晶粒大小的影响

(a)40钢；(b)T10钢(https://www.chuimin.cn)

实践证明，对具有均匀分布的铁素体和渗碳体组织的钢进行快速加热，当加热速度由0.02℃/s增高到100～1000℃/s时，初始奥氏体晶粒度由8～9级细化达到13～15级。

应该指出，对含有自由铁素体的亚共析钢，当加热速度很大时，为了全部完成奥氏体转变，必须加热到较高的温度，因而会导致奥氏体晶粒显著地长大。

在生产中采用大于3～10℃/s的加热速度，可得到11～12级的奥氏体晶粒。如果要得到14～15级的超细晶粒，必须预先进行淬火或调质以消除自由铁素体，并采用高达100～1000℃/s的加热速度。

3.快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响

快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体的稳定性，使“C”曲线左移。由于奥氏体成分的不均匀性，特别是亚共析钢，还会出现两种成分不均匀性现象：在珠光体区域，原渗碳体片区与原铁素体片区之间存在着成分的不均匀性，这种区域很微小，即在微小体积内的不均匀性。而在原珠光体区与原先共析铁素体块区也存在着成分的不均匀性，这是大体积范围内的不均匀性。由于存在这种成分的大体积不均匀性，将使这两个区域的马氏体转变点不同、马氏体形态不同，即相当于原铁素体区出现低碳马氏体、原珠光体区出现高碳马氏体。

提高加热温度可以减轻或消除成分不均匀现象，但温度过高又将导致奥氏体晶粒粗大。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。当材料和原始组织一定时，加热温度应根据加热速度选定。

由于快速加热奥氏体成分的不均匀性，淬火后马氏体成分也不均匀，所以，尽管淬火后硬度较高，但回火时硬度下降较快，因此回火温度应比普通加热淬火的温度略低。

快速加热对相变后组织的影响

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