【導(dǎo)讀】t)coordinates.;heatingrateh?andcoolingratec?ddtact/?surfacearea.

　　

【正文】 ，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變，在通常條件下，轉(zhuǎn)變被延遲，導(dǎo)致過熱，即轉(zhuǎn)變發(fā)生在比鐵碳相圖所示的溫度較高一點(diǎn)的溫度下。 當(dāng)過熱超過臨界溫度時，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的速度取決于過熱度。 在各種溫度下的轉(zhuǎn)變時間顯示，在較高的溫度下轉(zhuǎn)變的速度較快，而在較高的加熱速度下發(fā)生轉(zhuǎn) 變的溫度較高。 例如，快速加熱并保溫在 780℃時，珠光體倒奧氏體的轉(zhuǎn)變需 2 分鐘，保溫在 740℃時，轉(zhuǎn)變 需要 8 分鐘。 轉(zhuǎn)變結(jié)束以奧氏體的形成和珠光體的消失為標(biāo)準(zhǔn)。然而，奧氏體時不均勻的，甚至含有大量的單晶體顆粒，在珠光體滲碳體的晶粒和片層占據(jù)的地方碳含量比鐵素體片層的高，這就是為什么奧氏體的形成時不均勻的。 為了獲得均勻的奧氏體組織，不僅要加熱到珠光體到奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)，還要過熱并保溫到奧氏體晶粒擴(kuò)散過程結(jié)束。 奧氏體的均勻度取決于鋼的原始結(jié)構(gòu)，特別是滲碳體顆粒的形狀和彌散度，滲碳體顆粒越細(xì)，接觸面積就越大， 轉(zhuǎn)變發(fā)生的就越快。 奧氏體晶粒的長大 在珠光體到奧氏體轉(zhuǎn)變之初，奧氏體首先是在鐵素體和滲碳體的邊界處產(chǎn)生的（這兩種物質(zhì)是珠光體的結(jié)構(gòu)成分），因?yàn)檫@些邊界對轉(zhuǎn)變非常有利，轉(zhuǎn)變以細(xì)小晶粒的形成開始，因此，在轉(zhuǎn)變之末，奧氏體由大量細(xì)晶粒構(gòu)成，這些細(xì)晶粒的尺寸 叫做原始奧氏體晶粒尺寸。 在轉(zhuǎn)變過程中進(jìn)一步加熱或保溫會引起奧氏體晶粒的粗大，這些晶粒粗化過程是自發(fā)的，由于晶粒表面積的減小和高溫條件能夠加快這一過程的速度。 8 在那種條件下，兩種鋼的主要區(qū)別為：內(nèi)部細(xì)晶粒和外部粗晶粒。前者晶粒粗大的傾向比后者小，這種通過加 熱處理在鋼中形成的晶粒尺寸被叫做實(shí)際晶粒尺寸。 因此，他們的區(qū)別在于：（ 1）原始晶粒，即在珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時奧氏體的尺寸；（ 2）固有（天然）晶粒，即奧氏體晶粒粗化的可能性（傾向）；和（ 3）實(shí)際晶粒，即在一定的珠光體轉(zhuǎn)變條件下奧氏體晶粒之間的尺寸。 在奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的相同溫度下，珠光體晶粒的尺寸取決于所形成的奧氏體晶粒。奧氏體晶粒的長大只發(fā)生在加熱過程中（但沒有在隨后的冷卻中被提純）， 這是由于鋼被加熱到最高溫度時，鋼處在奧氏體狀態(tài)，并且鋼的本質(zhì)晶粒度決定最終晶粒尺寸。 鋼的性能只受實(shí)際晶粒度的影響 ，而不是本質(zhì)晶粒度。如果兩種相同品級（一種是固有的晶粒，另一種是細(xì)致紋理）的鋼在不同的加熱溫度下，有相同的實(shí)際晶粒尺寸，他們也具有相同的性能；如果在其他條件下，這兩種鋼的性能將會不同。 奧氏體的分解 奧氏體 到珠光體的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上是奧氏體分解為純凈的鐵素體和滲碳體 的過程 。 在平衡溫度下，轉(zhuǎn)變 是 不可能發(fā)生的， 因?yàn)樵紛W氏體的自由能等于最終 產(chǎn)物 — — 珠光體的能量。只有當(dāng)鐵素體碳化物的混合物（珠光體）的自由能 比奧氏體低，即具有一定過冷度時轉(zhuǎn)變才會發(fā)生。 當(dāng) 較低的轉(zhuǎn)變溫度，較高的過冷度和較大的自由能差 時 轉(zhuǎn)變會在一個較高的速率下進(jìn)行。 在珠光體轉(zhuǎn)變中，新相與初始相有不同的成分；新相中大多是不含碳的鐵素體，和含%碳的滲碳體?；谶@個原因，奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變，伴隨著碳的擴(kuò)散和再分配。擴(kuò)散隨著溫度的降低而減小，因此，轉(zhuǎn)變在一個較 大 過冷度下被延遲。 因此， 我們得到一個 重要 結(jié)論，就是過冷度（低于轉(zhuǎn)變溫度） 對轉(zhuǎn)變速率具有雙面的影響。一方面，較低的溫度（較高的過冷度）使奧氏體的過冷度和珠光體有較大的不同；另一方面，隨著碳擴(kuò)散速率的降低，轉(zhuǎn)變速率減慢。 綜上所述，轉(zhuǎn)變速率由于過冷度 增加到一個特定值而增加，然后，隨著過冷度的降低而 降低。 在 727℃（ A1 線）到 200℃之間，轉(zhuǎn)變速率是 0，因?yàn)?727℃時的自由能是 0，在 200℃以下時的碳擴(kuò)散速率是 0（更嚴(yán)格的說，對轉(zhuǎn)變來說太低） 。 根據(jù) 1939 年 Mirkin 首先提出而后又在 1941 年被 . Mehl 發(fā)展的理論來看，珠光體的形成過程是珠光體形核及其晶粒的長大過程。因此，珠光體在不同的過冷度下有不同的轉(zhuǎn)變速率，實(shí)際上是在 A1 線和 200℃ 之間 ， 不同的過冷度對形核速率和晶粒長大速度的影響，形核結(jié)晶化參數(shù)和晶粒長大速率都等于 0，并且在 150~200℃ 之間具有一個最大過冷度。 根據(jù)前面所說的 ，一旦條件具備，即奧氏體冷卻至 A1 以下，碳的擴(kuò)散 速率 將不再是 0，并且結(jié)晶中心還會出現(xiàn)晶體， 這一過程隨時間的變化關(guān)系可以用轉(zhuǎn)變動力曲線來描述，這條曲線顯示的 是 珠光體數(shù)量和時間的關(guān)系。 起始階段的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)變速率很低，這一階段被稱為孕育期。轉(zhuǎn)變速率隨著轉(zhuǎn)變過程的進(jìn) 9 行而增加。他的最大值大約相當(dāng)于 50%的奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體。然后，轉(zhuǎn)變速率逐漸減小并最終停止。 轉(zhuǎn)變速率依據(jù)過冷度而定。在較低或較高的過冷度下轉(zhuǎn)變過程發(fā)生的很緩慢，因?yàn)榻Y(jié)晶速率和晶粒長大速度低，前者是由于自由能的不同，而后者是由于原子的流動擴(kuò)散速率低。在動 力曲線的頂點(diǎn)是轉(zhuǎn)變速率的最大值，并且轉(zhuǎn)變在一個很短的時間內(nèi)完成。 在高溫（略低于過冷度）的條件下，轉(zhuǎn)變進(jìn)行的緩慢，并且孕育期和轉(zhuǎn)變時間很長。在較低的轉(zhuǎn)變溫度，即較 大 的過冷度下，轉(zhuǎn)變速率很大。并且孕育期和轉(zhuǎn)變時間很短。 TTT 圖表或 C 曲線 在不同過冷度下奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變開始時間（孕育期）和轉(zhuǎn)變的結(jié)束時間都已經(jīng)確定。我們能夠會出一個曲線圖，曲線圖的左支用來代表轉(zhuǎn)變的起始時間， 即在過冷狀態(tài)下依然存在奧氏體，并且從縱坐標(biāo)的軸心到曲線這一部分表示成分的穩(wěn)定程度，這 部分溫度最少在 500~600℃ 之間，即在那個 溫度下轉(zhuǎn)變時間最短。 右支曲線描繪的是在給定的過冷度下轉(zhuǎn)變完成所需要的時間，這個時間在相同溫度（ 500~600℃ ）下是最短的。曲線以對數(shù)為橫坐標(biāo)。這樣做較為方便，因?yàn)橹楣怏w的轉(zhuǎn)變略微有些差異（臨界點(diǎn)在 A1 線上占據(jù)數(shù)千秒，而在曲線的最后只有一到兩秒）。 在曲線下方的水平線確定的是馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴(kuò)散相變溫度。下面 將 討論使馬氏體通過不同的方法發(fā)生轉(zhuǎn)變。 我們討論的圖表通常被稱為 TTT 圖表（即時間、溫度和轉(zhuǎn)變的 關(guān)系曲線）或曲線，是由于曲線的特殊形狀。奧氏體分解的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能依據(jù)轉(zhuǎn)變發(fā)生時的溫度而定。 在高溫條 件下，即低的過冷度下，鐵素體和滲碳體晶粒組成的混合物在顯微鏡下很容易被發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)被叫做珠光體。 因此，在較低溫度下分散 而 質(zhì)地 較 硬的產(chǎn)物將會形成，珠光體的這種細(xì)致型結(jié)構(gòu)被叫做索氏體 。 依舊在較低的溫度下（接近 C 曲線的結(jié)尾），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物甚至?xí)稚?，形成的鐵素體的層片狀結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物在電子顯微鏡下是可以分辨出來的，這種結(jié)構(gòu)被稱作屈氏體。 這樣，珠光體、 索氏體 和屈氏體除了鐵素體和滲碳體的彌散度不同外，就具有了相同的結(jié)構(gòu)（鐵素體 +滲碳體）。 珠光體結(jié)構(gòu)可能有兩種類型：顆粒狀（在晶粒的形成過程中滲碳體一直是存在的） 和片層狀（滲碳體層）。 均勻的奧氏體總是轉(zhuǎn)變成層狀珠光體，因此，加熱到一個很高溫度來為更多均勻結(jié)構(gòu)的形成建立條件，也借此來提高片狀結(jié)構(gòu)的外觀。不均勻的奧氏體在任何一個過冷度下都會產(chǎn)生顆粒狀的珠光體，因此，加熱到一個較低溫度（ Ac cm 線以下） 時，會 導(dǎo)致在冷卻時顆粒狀珠光體的形成。通過控制奧氏體中未溶解碎顆粒的成分可能提高這種顆粒狀珠光體的 結(jié)構(gòu)，而未溶解碎顆粒本身可以充當(dāng)晶核。 10 偽 共析鋼 我們已經(jīng)討論過鋼中奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)物的成分 接近于 共析結(jié)構(gòu)。如果鋼中碳含量與共析結(jié)構(gòu)的不同，珠光體的轉(zhuǎn)變將會發(fā)生在 鐵素體和滲碳體析出之前（從鐵碳相圖中可以知道）。 在低碳鋼中，奧氏體的轉(zhuǎn)變開始于鐵素體的形成和碳元素隨著溶解而達(dá)到飽和情況下，而在過共析鋼中，是隨著滲碳體的析出和奧氏體中碳的溶解而發(fā)生的。在平衡條件下，當(dāng)奧氏體中剩余碳的含量超過析出的鐵素體和滲碳體時，大 概 相當(dāng)于總含碳量的 %時，奧氏體分解成鐵素體和滲碳體的過程才開始。 這類由過冷奧氏體組成 的 共熔體與真正意義上的共熔體有所不同，它在過共析鋼中被稱為 偽 共析，這種鋼的含碳量超過 %，而在低碳鋼中，含碳量低于 %，從這一層面講在較低的轉(zhuǎn)變溫下意義就很重 大了。因此，較低的轉(zhuǎn)變溫度下，多余的鐵素體（或滲碳體）析出物較珠光體轉(zhuǎn)變開始前的要少。在鐵碳相圖拐點(diǎn)附近的溫度以及較低溫度下，奧氏體的分解開始時并沒有出現(xiàn)過多的析出物。 如果我們用過共析鋼代替亞共析鋼，奧氏體在小過冷度下的分解將會發(fā)生在滲碳體析出之前。 馬氏體轉(zhuǎn)變 如果冷卻速率比較高，沒有足夠的時間在高溫范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變，奧氏體將會過冷到一個較低的溫度，并且轉(zhuǎn)變成馬氏體。這樣的冷卻將會導(dǎo)致硬化，因此，高硬度鋼，將會以一個較高的速度冷卻，以使奧氏體在高溫范圍內(nèi)沒有足夠的時間發(fā)生分解。 最低的冷卻速率使奧氏體 發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，被稱為硬化速率。如果鋼發(fā)生硬化，冷卻速度 將會比臨界速度高。因?yàn)殇摰霓D(zhuǎn)變開始時的曲線延伸到右邊，使得臨界速度 變得更低。換句話說，隨著奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的速 度 越來越低，更容易使奧氏體過冷到向馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度，并且硬化臨界 速度 更低。 如果冷卻速度略低于臨界速度，奧氏體將會經(jīng)歷在較高溫度范圍內(nèi)發(fā)生局部轉(zhuǎn)變，并且產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)將會由屈氏體和馬氏體組成。 硬化臨界速 度可以由奧氏體轉(zhuǎn)變的等溫圖來確定， 這個分析結(jié)果 只 說明冷卻曲線和奧氏體分解的等溫圖有一定的重合， 也 只能告訴我們在連續(xù)冷卻時轉(zhuǎn)變發(fā)生的近似的數(shù)量上的 估計(jì) 值 。