合金鋼加熱，奧氏體化過程包括奧氏體晶核的形成、長大、碳化物的溶解、奧氏體的均勻化和奧氏體晶粒的長大等4個(gè)階段。整個(gè)奧氏體化過程都與碳的擴(kuò)散密切相關(guān)，合金元素是通過改變碳的擴(kuò)散速度和相變溫度而對奧氏體化產(chǎn)生影響。
一、合金元素對奧氏體形成速度的影響
合金元素加入鋼中，由于改變了奧氏體的形成溫度和碳在鋼中的擴(kuò)散速度，因而影響了奧氏體的形成速度。其中Co、Ni能提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，故能增大奧氏體的形成速度；Si、Al、Mn對碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度影響不大，因此它們對奧氏體形成速度幾乎不產(chǎn)生影響；Cr、Mo、W、Ti、V等碳化物形成元素，與碳有較大的親和力，阻礙碳在鋼中的擴(kuò)散，減慢了奧氏體的形成速度。
二、合金元素對殘余碳化物溶解的影響
奧氏體形成后，合金鋼中還有一部分未溶碳化物存在。各種碳化物的穩(wěn)定性各不相同，因而溶解溫度和溶解速度也不相同。如鉻的碳化物在850℃以上能大量溶解，W， Mo的碳化物在950℃以上才顯著溶解，V、Ti、Nb的碳化物要在1050℃以上才溶解。為了增加奧氏體的合金度，充分發(fā)揮合金元素的作用，必須提高鋼的淬火加熱溫度。有時(shí)淬火加熱溫度超過臨界溫度數(shù)十度以致數(shù)百度，如高速鋼 W18Cr4V 的淬火加熱溫度為1280℃~1300℃,比臨界溫度(A?點(diǎn)溫度820℃)高數(shù)百度。
三、合金元素對奧氏體均勻化的影響
由于鐵素體和碳化物中的合金元素含量不同，故奧氏體剛形成時(shí)，碳和合金元素在奧氏體中的分布是不均勻的。奧氏體均勻化需要碳和合金元素的擴(kuò)散；但是，合金元素的擴(kuò)散速度很慢，即使在1000℃的溫度下，也只有碳原子擴(kuò)散速度的千分之幾或百分之幾。此外，碳化物形成元素的存在還要降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度。因此要使合金鋼的奧氏體均勻化，所需的時(shí)間要比碳鋼長得多。
四、合金元素對奧氏體晶粒長大的影響
合金元素對奧氏體晶粒長大的影響可分為4種情況。
(1) 強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長大
具有這種作用的元素有V、Ti、Nb、Zr、Al等。它們很容易形成穩(wěn)定的碳化物、氮化物和氧化物等，這些化合物機(jī)械地阻礙晶粒長大。例如V、Ti、Nb、Zr等元素所形成的碳化物的穩(wěn)定性較高，即使加熱到高溫仍有一部分未溶碳化物處于晶界上，強(qiáng)烈阻止奧氏體晶界的遷移。Al雖然不是碳化物形成元素，但在鋼中能與O，N形成高熔點(diǎn)的Al?O?，AlN質(zhì)點(diǎn)，分布在晶界上，起著阻止奧氏體晶界遷移的作用。
(2)中等程度阻止奧氏體晶粒長大
具有這種作用的元素有W、Mo、Cr等。由于它們能與碳形成穩(wěn)定的碳化物，其穩(wěn)定型雖然較V、Ti、Nb、Zr等低一些，但仍能機(jī)械地阻礙奧氏體晶粒長大，只不過阻礙晶粒長大的作用較V、Ti、Nb、Zr等稍弱。
(3) 能阻止奧氏體晶粒長大
具有這種作用的元素有Si、Co、Ni、Cu等，它們是非碳化物形成元素。關(guān)于它們的阻礙晶粒長大的機(jī)制，有人認(rèn)為這類元素加入鋼中能降低晶界的能量，減緩?qiáng)W氏體長大的速度。
(4)促使奧氏體晶粒長大
具有這種作用的元素有P、Mn、C等。有人認(rèn)為這些元素能提高晶界能量，增加奧氏體晶粒長大傾向，也有人認(rèn)為P、Mn、C等溶入奧氏體后，由于使金屬原子間的鍵合力減小，鐵原子的自擴(kuò)散系數(shù)增加，從而促進(jìn)晶粒長大。
文章摘自：壓力容器制造
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