影响奥氏体形成速度的因素优化措施

1.加热温度的影响

如前所述，加热温度越高，奥氏体形成速度越快，转变孕育期变短，相应地转变终了时间也变短。而且随着加热温度的升高，奥氏体的形核率N及长大速度G均增大，但N的增大速率高于G的增大速率。因此，奥氏体形成温度越高，获得的起始晶粒度越小；同时，随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁素体的推移速度比向渗碳体的推移速度大。

随着奥氏体形成温度的升高，奥氏体的起始晶粒细化；同时，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，因而奥氏体中的平均含碳量低。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。

图3-19 w_C＝0.7％钢连续加热的TTA曲线

2.含碳量的影响

钢中含碳量越高，奥氏体形成速度越快。这是由于含碳量增高，碳化物数量增多，增加了铁素体和渗碳体的相界面面积，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增大。同时，碳化物数量的增加，使碳原子的扩散距离减小，碳和铁原子的扩散系数增大，这些因素均增大了奥氏体的形成速度。但是，在过共析钢种中由于碳化物数量过多，随着含碳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。

3.原始组织的影响

在钢的成分相同的情况下，钢的原始组织越细，原始组织中的碳化物分散度越高，相界面就越多，形核率越大。同时，珠光体的片间距越小，碳原子的扩散距离越小，奥氏体中的浓度梯度增大，奥氏体形成速度加快。例如，原始组织为托氏体时奥氏体的形成速度比索氏体和珠光体都快。另外，珠光体中的碳化物有片状的，也有粒状的。由于片状珠光体中的碳化物与铁素体的相界面面积大，易于形核，也易于溶解；同时，片状珠光体转变为奥氏体时，受碳在奥氏体中的扩散控制，而粒状珠光体转变时受碳在铁素体中的扩散控制。因此，碳化物呈片状时，奥氏体的等温形成速度较粒状的快。图3-20所示为w_C＝0.9％钢的片状和粒状珠光体的奥氏体等温形成动力学图，由图中可见，760℃时片状珠光体的奥氏体化转变完了时间不足1min，而粒状珠光体则需5min以上。(www.xing528.com)

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成速度、碳化物的溶解以及奥氏体的均匀化。

1）对扩散系数的影响。强碳化物形成元素如Cr、V、Mo、W等降低碳在奥氏体中的扩散系数，所以减慢奥氏体的形成速度。非碳化物形成元素Co、Ni等增大碳在奥氏体中的扩散系数，加速奥氏体的形成。Si和Al对碳在奥氏体中的扩散影响不大，所以对奥氏体的形成速度无显著影响。

图3-20 片状和粒状珠光体的奥氏体等温形成动力学图

2）合金元素改变钢的临界点位置，使转变在一个温度范围内进行，即改变了过热度，从而影响了奥氏体的形成速度。例如，Ni、Mn、Cu等降低A₁点，相对增大了过热度，故使奥氏体的形成速度增大；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A₁点，相对减小了过热度，所以减慢了奥氏体的形成速度。

3）合金元素影响珠光体的片层间距，改变碳在奥氏体中的溶解度，从而影响奥氏体的形成速度。

4）合金元素在奥氏体中分布不均匀，因此，合金钢的奥氏体均匀化过程除了碳的均匀化以外，还包括了合金元素的均匀化。由于合金元素的扩散系数仅为碳的1/10000～1/1000，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需要更长的时间。鉴于上述原因，合金钢淬火时，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。