影响奥氏体形成速度的因素

一》前言

本期内容，给大家分享影响奥氏体形成速度的四个因素，相信通过这期的介绍，大家对某些问题会有新的看法和认识。

二》因素①“加热温度的影响”

一般来说，随着加热温度的升高，奥氏体形成速度就愈快。而且随加热温度的升高，奥氏体的形核率I核长大速度G均增大，但I的增大速率高于G的增大速率（如表1所示）。

因此，奥氏体形成温度越高，获得的起始晶粒度就越细小。同时，随加热温度升高，奥氏体向铁素体中的相界面推移速度与奥氏体向渗碳体中的相界面推移速度之比增大。例如，温度为780℃时，两者之比为14.9，而当温度升高至800℃时，两者之比增大到19.1。因此，奥氏体形成温度升高时，在珠光体中的铁素体相消失（即全部转变为奥氏体）的瞬间，剩余渗碳体量增大，刚形成的奥氏体的平均碳含量降低（表2）。

所以，实际热处理时加热速度愈大（或过热度愈大），钢中可能残留的碳化物数量就愈多。

综上所述：

①随着奥氏体形成温度的升高，奥氏体的起始晶粒细化；同时，②相变的不平衡程度增大，在铁素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多，因而奥氏体基体的平均碳含量降低。这两个因素均有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性。

三》因素② “碳含量的影响”

钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度就愈快。

因为碳含量增高时，碳化物数量增多，铁素体与渗碳体的相界面面积增大，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增大。同时，碳化物数量增多后，使碳的扩散距离减小，并且随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大，这些因素都加速了奥氏体的形成。

但是，在过共析钢中由于碳化物数量过多，随碳含量增加会引起剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化的时间延长。

四》因素③“原始组织的影响”

在钢的成分相同的情况下，原始组织中碳化物的分散度愈大，则相界面就愈多，形核率也就愈大。同时由于珠光体的片间距减小，奥氏体中碳的浓度梯度增大，使碳原子的扩散速度加快，而且碳原子扩散距离也减小，这些都增大奥氏体的长大速度。

因此，钢的原始组织愈细小，奥氏体的形成速度就愈快。

例如，奥氏体形成温度为760℃，若珠光体的片层间距从0.5μm减少至0.1μm时，奥氏体的长大速度增加约7倍。原始组织中碳化物的形状对奥氏体的形成速度也有一定的影响。与粒状珠光体相比，由于片状珠光体的相界面较大，渗碳体呈薄片状，易于溶解，所以加热时奥氏体容易形成。

五》因素④ “合金元素的影响”

钢中加入合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳在奥氏体中的扩散系数，并且多数合金元素在碳化物和基体之间的分布是不均匀的，所以合金元素将影响奥氏体的形核和长大、碳化物溶解、奥氏体均匀化的速度。

强碳化物形成元素如Mo、W、Cr等降低碳在奥氏体中的扩散系数，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以显著减慢奥氏体的形成速度。非碳化物形成元素Co和Ni增大碳在奥氏体中的扩散系数，加速奥氏体的形成。Si和Al对碳在奥氏体中扩散的影响不大，所以对奥氏体的形成速度无显著影响。

钢中加入合金元素可能改变相变临界点A1、A3、Acm的位置，即改变相变时的过热度，从而影响奥氏体的形成速度。如Ni、Mn、Cu等降低A1点，相对地增大了过热度，故使奥氏体的形成速度增大；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A1点，相对地减小了过热度，所以减慢了奥氏体的形成速度。

钢中加入合金元素还可影响珠光体片层间距和碳在奥氏体中的溶解度，从而影响相界面浓度差和奥氏体中的浓度梯度以及形核功等，从而影响奥氏体的形成速度。

研究证明，钢中合金元素在原始组织各相中的分布是不均匀的。

在退火状态下，碳化物形成元素（如Mo、W、V、Ti、Cr等）主要集中刚在碳化物相中，而非碳化物形成元素（如Co、Ni、Si等）则主要集中在铁素体相中。合金元素的这种不均匀分布现象直至碳化物完全溶解后还显著地保留在奥氏体中。

因此，合金钢的奥氏体均匀化过程，除了碳的均匀化外，还包括了合金元素的均匀化。由于合金元素的扩散系数比碳原子的扩散系数小约1000-100000倍，同时碳化物形成元素还降低碳原子在奥氏体中的扩散系数，如若形成特殊碳化物（如VC、TiC等）则更难于溶解。

因此合金钢的奥氏体均匀化过程比碳钢要长得多。

鉴于上述原因，合金钢淬火加热时，为了使奥氏体均匀化，需要加热到更高温度和保温更长时间。

六》后记

通过本期内容的介绍，相信大家对影响奥氏体形成速度的几个因素都比较了解了。若想记得更牢，还是需要结合实践才能相得益彰。

好的，本期内容到此就结束了，后续精彩内容，且看下期分解。