這可能是由于在快速加熱時,轉變被推向高溫(大于800℃),奧氏體的核不僅可以在鐵素體與滲碳體的交界面上形成,而且可以在鐵素體晶粒內嵌鑲塊的邊界上形成。鐵素體的含碳量雖然很低,但鐵素內碳的分布是不均勻的,碳原子大都集中在嵌鑲塊邊界。實驗測定嵌鑲塊邊界上的碳濃度或達0.2—0.3% 。由Fe—Fe3C狀態圖可知,這樣的地區,對應的奧氏體形成溫度為800~840℃(實驗證明嵌鑲塊邊界的厚度亦遠大于該溫度下臨界晶核的尺寸)。因此,只要加熱速度足以把轉變溫度提高到上述范圍,則奧氏體的核除了在鐵素體與滲碳體的分界面上形成外,還將在鐵素體嵌鑲塊邊界上大量形成,增加了形核率,因而使奧氏體晶粒進一步細化。但是,當加熱速度繼續增大,使轉變溫度超過840℃,因不能繼續出現新的形核部位,奧氏體晶粒也將不能繼續細化。
上述關于加熱速度的影響,是限制在常用的普通加熱速度范圍之內。近幾年來,隨著科學技術的發展,出現了加熱速度高于1000℃/秒的所謂“超快速加熱淬火法”,如超高頻脈沖加熱,激光加熱或電子束加熱等方法。經過這些方法加熱后以極快的令速淬火,得到的組織極細,甚至在30萬倍的電子顯微鏡下觀察,仍看不清楚該種組織的細節。
2、實際晶粒度
在熱處理(或熱加工)的某一具體加熱條件下所得到的奧氏體晶粒的大小稱為實際晶粒度。
奧氏體轉變終了后,若不立即冷卻而在高溫停留,或者繼續升高加熱溫度,則奧氏體將長大。因為上述過程在熱處理時是不可避免的,所以奧氏體開始冷卻時的晶粒(實際晶粒度)總要比起始晶粒大。實際晶粒度除了與起始晶粒度有關外,還與鋼在奧氏體狀態停留的溫度及時間有關,在快速加熱時,與加熱速度和最終的加熱溫度有關。當加熱溫度相同時,加熱速度越大,實際奧氏體晶粒越細小。
奧氏體晶粒的長大是自發的,因為減少晶界可以降低表面能。如果不存在陰礙晶粒長大的因素而又給以足夠的時間,則從原則上說應該能長成一單晶奧氏體。但是由于存在著一些阻礙奧氏體晶粒長大的因素,所以當達到一定尺寸后就不再長大了。奧氏體晶粒的長大是通過大晶粒吞并小晶粒進行的。在長大階段晶粒大小是不均勻的。等到各個晶粒都趨向同一大小時,晶粒不再長大。要使晶粒進一步長大,必須提高溫度。實驗證明,加熱溫度越高,晶粒長大越快,最后得到的晶粒也越粗大。顯然,快速加熱時,雖然起始晶粒較細小,但如控制不好(加熱溫度過高或保溫時間過長),則由于所處的溫度較高,奧氏體極易長大。
為什么溫度一定時,奧氏體晶粒長大到一定大小就不再繼續長大了呢?為什么有的鋼種奧氏體晶粒容易長大,而有的不易長大?對于這些問題目前一般都用機械阻礙理論來解釋。認為鋼中存在一些難溶的化合物,分布在奧氏體晶界上,阻礙了奧氏體晶粒的長大。只有當溫度進一步提高,一部分化合物溶入奧氏體后,奧氏體才能繼續長大。長大到一定程度后以被尚未溶解的化合物所阻礙,不能再長大。只有再提高溫度才能進一步長大。由于不同鋼的化學成份及冶煉方法不同,這樣就導致了有的鋼種奧氏體晶粒容易長大,而另一些鋼種奧氏體晶粒不易長大。
3、本質晶粒度
把鋼材加熱到超過臨界點以上的某一特定溫度,并保溫一定時間(通常規定為930℃保溫8小時),奧氏體所具有晶粒大小稱為奧氏體本質晶粒度。之所以選用930℃,是因為對于一般鋼材來講,不論進行何種熱處理,如淬火、退火、正火、滲碳等,加熱溫度都在930℃以下。如果在930℃保溫8小時后,奧氏體晶粒幾乎不長大,則在熱處理過程中就不會出現粗大的奧氏體晶粒。本質晶粒度即標志著上述特定溫度范圍內,隨著溫度的升高奧氏體晶粒的長大傾向:奧氏體晶粒顯著長大的鋼(得到奧氏體晶粒為1—4級),定為本質粗晶粒鋼;奧氏體晶粒長大不顯著的鋼(得到的奧氏體晶粒度為5—8級),定為本質細晶粒鋼。必須指出,本質晶粒度只是反映了930℃以下奧氏體晶粒長大的傾向。超過930℃以后,本質細晶粒鋼的奧氏體實際晶粒度可能比本質粗晶粒鋼的實際晶粒度還粗(參看圖1—29所示)。
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