钢的加热引起的组织变化

钢在加热时的组织转变是钢件热处理的基础，为使钢热处理后获得所要求的组织和性能，必须将钢加热到一定温度，使其由室温下的平衡组织转变为高温组织。

（1）加热温度确定 由Fe-Fe₃C相图可知，碳钢被缓慢加热至A₁、A₃、Acm临界温度以上时要发生组织转变，但实际热处理生产中，加热和冷却不是很缓慢，发生组织转变的温度与相图所示的A₁、A₃、Acm有一定偏离，实际加热时各临界转变温度用Ac₁、Ac₃、Ac_cm表示，冷却时各临界转变温度用Ar₁、Ar₃、Ar_cm表示，如图2.7-4所示。由铁碳合金相图确定的、碳钢热处理时的近似临界转变温度见表2.7-4。

热处理时的加热温度主要由钢的临界转变温度Ac₁、Ac₃、Ac_cm确定。不同的钢进行不同的热处理时，所使用的临界温度不同。例如，亚共析钢退火时，加热温度要高于其Ac₃；过共析钢退火时，加热温度高于其Ac₁；过共析钢正火时，加热温度高于其Ac_cm。不同的钢进行不同热处理时的具体加热温度在本章2节钢的热处理工艺方法中有详细说明。

图2.7-4 实际加热和冷却时Fe-Fe₃C相图上各相变温度的位置

表2.7-4 碳钢热处理时的近似临界转变温度

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（2）加热时组织的转变 钢进行热处理时首先要加热。任何成分的碳钢加热到一定温度时，其组织都要发生珠光体（P）（F＋Fe₃C）向奥氏体（A）的转变，称为奥氏体化。这种转变是通过晶格改组和铁、碳原子的扩散进行的。共析钢奥氏体形成过程如图2.7-5所示。

共析钢室温平衡组织为珠光体（P），加热到高于其临界温度Ac₁以上（约为760℃）时，珠光体（P）转变为奥氏体（A）。亚共析钢室温平衡组织为铁素体（F）＋珠光体（P），加热到Ac₁以上时，组织中珠光体转变为奥氏体。继续加热，在Ac₁～Ac₃点的升温过程中，铁素体（F）逐渐转变为奥氏体，直至加热温度超过Ac₃点时，亚共析钢组织全部转变为奥氏体（A）。过共析钢室温平衡组织为珠光体（P）＋二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ），加热到Ac₁以上时，组织中珠光体转变为奥氏体。在Ac₁～Ac_cm温度范围内继续加热升温，二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ）逐步溶入奥氏体中。当温度超过Ac_cm点时，二次渗碳体（Fe₃C_Ⅱ）完全溶解于奥氏体中，组织全部为奥氏体。

钢加热后得到的奥氏体晶粒的大小，直接影响其冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒越细小，则其转变产物的晶粒越细小，其力学性能也就越好。采用优质碳钢、合金钢、细晶粒钢，或采用快速高温加热和短时间保温生产工艺，都可得到细小奥氏体晶粒的钢。

图2.7-5 共析钢奥氏体形成过程示意图

a）A晶核形成 b）A晶核长大 c）残留Fe₃C溶解 d）A均匀化