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奧氏體化處理
基本信息
| 中文名 | 奧氏體化處理 |
| 外文名 | austenitizing |
| 概述 | 加熱工件 |
| 應(yīng)用 | 奧氏體不銹鋼 |
| 特點(diǎn) | 在高溫時(shí)為均為γ相 |
簡(jiǎn)介
奧氏體處理
20世紀(jì)40年代至60年代，有關(guān)奧氏體化的溫度及保溫時(shí)間以及各種元素的影響有不少研究報(bào)告，進(jìn)入70年代后，開(kāi)始了定量化研究，其中1973年進(jìn)行了實(shí)踐性的詳細(xì)研究。
其研究要點(diǎn)如下。在760~820℃范圍內(nèi)保溫1~8h后殘存的碳化物數(shù)量如圖（b）所示。將其在一定條件下等溫相變后的球狀碳化物數(shù)量如圖（c）所示，兩種情況均是溫度越高碳化物越少。而從絕對(duì)值看時(shí)，等溫相變后多一些，以單位體積換算大致相同，在冷卻中沒(méi)有新的核生成。同時(shí)，升溫速度緩慢時(shí)，片狀碳化物分?jǐn)嗪笮纬奢^大的顆粒。如圖（d）所示，相對(duì)的數(shù)量較少，核粒徑較大。為了了解最合適的核數(shù)，探討了等溫相變后的球化組織，見(jiàn)圖（e）。其碳化物粒徑狀況如圖（f）所示。奧氏體化的溫度高時(shí)，核的數(shù)量少，球狀碳化物粒徑大，是良好的分離的組織狀態(tài)。但是奧氏體化溫度過(guò)高時(shí)，由于核間距離過(guò)大，C不能很好擴(kuò)散凝聚，會(huì)形成新的片狀碳化物析出，相反，溫度過(guò)低時(shí)，形成碳化物數(shù)量很多、卻不能很好分離的組織。具體來(lái)說(shuō)，在820℃短時(shí)保溫與800℃長(zhǎng)時(shí)間保溫，會(huì)有新的片狀碳化物析出。若在760℃加熱，如果不進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，則分離狀況不充分?？傊?，要得到最合適的核心數(shù)量，應(yīng)在800℃短時(shí)間保溫或是在780℃保溫，但在實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)橛心唐龅拇嬖?，需稍高于上述溫度，?80℃~790℃處理。
快速奧氏體化處理
原始奧氏體晶粒小的好處是，相變時(shí)產(chǎn)生的馬氏體片也小。這不僅提高強(qiáng)度，而且也改善延性和韌性。一種能大大細(xì)化原奧氏體晶粒的方法是，用很快的速率加熱至奧氏體化溫度，并在剛高于A溫度處作非常短時(shí)間的保溫。這時(shí)可用瞬間過(guò)熱來(lái)溶解碳化物，而又不至于粗化奧氏體晶粒。
由于馬氏體晶粒細(xì)化以及淬火時(shí)位錯(cuò)密度的提高，這種處理能使屈服應(yīng)力提高約10%。位錯(cuò)密度提高的原因還不很清楚，但在200℃以下的回火不能消除這些位錯(cuò)，于是沖擊性能變差。提高回火溫度確能消除位錯(cuò)，這時(shí)性能主要由極細(xì)的回火馬氏體片尺寸控制。采用400℃以上的回火溫度，快速熱處理能改善沖擊性能，但效果不很大。有證據(jù)表明，奧氏體形變熱處理前，如果不用普通奧氏體化而采用快速熱處理，強(qiáng)度雖只有少量提高，但韌性卻大大提高。原因主要是快速奧氏體化產(chǎn)生的晶粒細(xì)。
快速奧氏體化處理，用于顯著改善超高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度和韌性，主要還局限于實(shí)驗(yàn)室研究。尚有許多控制上的問(wèn)題存在。因?yàn)殇摰臒釋W(xué)參數(shù)使作這樣熱處理的零件截面尺寸受到限制，除非有的只要求表面薄層的性能。
鑄件奧氏體化處理
高鉻鑄鐵鑄態(tài)基體組織通常不是單一組織，含有奧氏體、珠光體，厚大緩冷鑄件中還存在一些二次碳化物以及少量其他非固溶相。為了達(dá)到硬化目的，淬火第一個(gè)步驟就是將鑄件加熱超過(guò)A，保溫一定時(shí)問(wèn)后，使鑄態(tài)基體組織轉(zhuǎn)變成為單一的奧氏體組織。這一過(guò)程稱為奧氏體化。
鑄態(tài)基體組織對(duì)奧氏體化過(guò)程有一定影響。因?yàn)椴煌嘟M分在奧氏體化溫度下的轉(zhuǎn)變和元素溶解情況是不相同的。例如層狀珠光體的碳擴(kuò)散距離短，易于分解，在奧氏體化過(guò)程中能較快達(dá)到固溶體的成分平衡。珠光體基體高鉻鑄鐵能在較短加熱時(shí)間內(nèi)獲得均勻的奧氏體組織，因此規(guī)定高鉻鑄鐵件淬火前實(shí)行預(yù)珠光體化處理是有益的。
高鉻鑄鐵件加熱到A度后，基體局部組織開(kāi)始發(fā)生點(diǎn)陣改組，出現(xiàn)α→γ轉(zhuǎn)變。隨溫度增高，γ轉(zhuǎn)變量逐漸增加。理論上鑄件溫度達(dá)到A，轉(zhuǎn)變應(yīng)該停止。但是，實(shí)際測(cè)定結(jié)果表明，鑄件加熱到稍高于A溫度進(jìn)行奧氏體化，α→γ轉(zhuǎn)變的速度比較緩慢，即使保溫時(shí)間很長(zhǎng)，也難以使基體全部成為單一奧氏體組織。此外生成的奧氏體組織化學(xué)成分很不均勻，并且含有許多未溶碳化物以及其他熔點(diǎn)較高的雜質(zhì)。已發(fā)現(xiàn)細(xì)小的碳化物常常成片彌散分布。這些不純物不但影響過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，而且也會(huì)使轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織均勻性顯著下降，最終導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能降低。
加熱溫度超過(guò)A20～30℃，α→γ轉(zhuǎn)變才開(kāi)始逐漸趨于停止。高鉻鑄鐵通常采用的奧氏體化溫度超過(guò)A70～120℃以上。這樣的溫度既是為了奧氏體組織充分均勻化，也是進(jìn)行脫穩(wěn)處理的需要。
確定某一鑄件的奧氏體化溫度，需要知道該鑄件的A溫度。但是高鉻鑄鐵含有多種合金元素，直接影響A溫度，難以寫(xiě)出各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)A和A溫度綜合影響的表達(dá)式。
奧氏體化處理
奧氏體化處理
鑄件的奧氏體化溫度可選940～960℃，鑄件奧氏體化溫度以950～980℃為宜。
碳在奧氏體中的溶解度隨奧氏體化溫度提高而增加，適當(dāng)提高奧氏體化溫度會(huì)使淬火后馬氏體的硬度上升。但是過(guò)度提高溫度將產(chǎn)生相反效果。例如奧氏體化溫度超過(guò)100℃以后，由于二次碳化物重新溶入奧氏體，使奧氏體含碳量增多、組織穩(wěn)定性提高，淬火后鑄件中殘余奧氏體在基體中的體積分?jǐn)?shù)可能超過(guò)70%。因此，高鉻鑄鐵件奧氏體化溫度不應(yīng)超過(guò)980～1000℃。
鑄件在爐內(nèi)加熱到預(yù)定的奧氏體化溫度后開(kāi)始計(jì)算奧氏體化保溫時(shí)問(wèn)。此時(shí)間過(guò)程包括：鑄件整體達(dá)到奧氏體化溫度所需時(shí)問(wèn)、成分均勻化及二次碳化物析出所需時(shí)間。
奧氏體化所需時(shí)間中，成分均勻化所需時(shí)問(wèn)比較長(zhǎng)，鉻、碳含量較高時(shí)需要的時(shí)間更長(zhǎng)。其次是鑄件結(jié)構(gòu)所決定的鑄件整體加熱到奧氏體化溫度所需時(shí)問(wèn)。在爐內(nèi)升溫過(guò)程
中，鑄件的實(shí)際溫度總是滯后于爐子的測(cè)定溫度，而且鑄件的模數(shù)越高，滯后越顯著。鑄件表面溫度向內(nèi)部傳導(dǎo)，是滯后的重要原因。據(jù)測(cè)定，二次碳化物析出時(shí)間并不長(zhǎng)，一般高鉻鑄鐵件整體達(dá)到奧氏體化溫度后，20min即可結(jié)束析出過(guò)程。這可能與鑄件加熱過(guò)程中已有二次碳化物析出有關(guān)。
鑄件具體的奧氏體化保溫時(shí)間，可以這樣計(jì)算：厚度25mm的鑄件基本保溫時(shí)間為2h，厚度每增加25mm保溫時(shí)間增加1h。或根據(jù)鑄件最大模數(shù)計(jì)算保溫時(shí)間，1cm模數(shù)鑄件保溫時(shí)間2h，每增加1cm模數(shù)，增加0.5h。即：保溫時(shí)間=2h+0.5h/1cm模數(shù).
如果加熱前鑄件的基體組織為珠光體，保溫時(shí)間可適當(dāng)減少。
特點(diǎn)
經(jīng)過(guò)奧氏體化處理的鋼，在高溫時(shí)為均為γ相，冷卻時(shí)由于M點(diǎn)在室溫以下，所以在常溫下具有奧氏體組織。以錳代替部分鎳并加氮的低鎳不銹鋼如CrMnNi，CrNiMn，CrNiMnN，CrNiMnTi鋼等均屬于這一類。
應(yīng)用
奧氏體不銹鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來(lái)的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過(guò)相變使之強(qiáng)化，僅能通過(guò)冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用
奧氏體--鐵素體雙相不銹鋼：是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
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