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奧氏體化處理（奧氏體化處理）

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奧氏體化處理

奧氏體化就是加熱工件，使溫度達到共析溫度以上，使常溫下的鐵素體和滲碳體再轉變回奧氏體。奧氏體是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，將鋼鐵想再生成均勻的奧氏體組織，奧氏體是在大于727℃高溫下才能穩定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。

基本信息

中文名	奧氏體化處理
外文名	austenitizing
概述	加熱工件
應用	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

奧氏體化處理是為了球化退火時(shí)需有適當量的殘存碳化物，其在球化時(shí)起到核心的作用，鋼材升溫上去后片狀碳化物開(kāi)始分斷，超過(guò)A點(diǎn)后，向顆粒化進(jìn)展，于750℃附近結束。然后由小粒開(kāi)始順次固溶消失，大粒碳化物表層固溶直徑均勻化，成為了核心，如圖（a）所示。

20世紀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)踐性的詳細研究。

其研究要點(diǎn)如下。在760~820℃范圍內保溫1~8h后殘存的碳化物數量如圖（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)，片狀碳化物分斷后形成較大的顆粒。如圖（d）所示，相對的數量較少，核粒徑較大。為了了解最合適的核數，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(cháng)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(cháng)時(shí)間保溫，則分離狀況不充分。總之，要得到最合適的核心數量，應在800℃短時(shí)間保溫或是在780℃保溫，但在實(shí)際生產(chǎn)中，因為有凝固偏析的存在，需稍高于上述溫度，在780℃~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。這不僅提高強度，而且也改善延性和韌性。一種能大大細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(yíng)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。

由于馬氏體晶粒細化以及淬火時(shí)位錯密度的提高，這種處理能使屈服應力提高約10%。位錯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，于是沖擊性能變差。提高回火溫度確能消除位錯，這時(shí)性能主要由極細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。

快速奧氏體化處理，用于顯著(zhù)改善超高強度鋼的強度和韌性，主要還局限于實(shí)驗室研究。尚有許多控制上的問(wèn)題存在。因為鋼的熱學(xué)參數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)基體組織轉變成為單一的奧氏體組織。這一過(guò)程稱(chēng)為奧氏體化。

鑄態(tài)基體組織對奧氏體化過(guò)程有一定影響。因為不同相組分在奧氏體化溫度下的轉變和元素溶解情況是不相同的。例如層狀珠光體的碳擴散距離短，易于分解，在奧氏體化過(guò)程中能較快達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)間內獲得均勻的奧氏體組織，因此規定高鉻鑄鐵件淬火前實(shí)行預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α→γ轉變。隨溫度增高，γ轉變量逐漸增加。理論上鑄件溫度達到A，轉變應該停止。但是，實(shí)際測定結果表明，鑄件加熱到稍高于A(yíng)溫度進(jìn)行奧氏體化，α→γ轉變的速度比較緩慢，即使保溫時(shí)間很長(cháng)，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)現細小的碳化物常常成片彌散分布。這些不純物不但影響過(guò)冷奧氏體的轉變，而且也會(huì )使轉變產(chǎn)物組織均勻性顯著(zhù)下降，最終導致鑄件力學(xué)性能降低。

加熱溫度超過(guò)A20～30℃，α→γ轉變才開(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)量分數對A和A溫度綜合影響的表達式。

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、組織穩定性提高，淬火后鑄件中殘余奧氏體在基體中的體積分數可能超過(guò)70%。因此，高鉻鑄鐵件奧氏體化溫度不應超過(guò)980～1000℃。

鑄件在爐內加熱到預定的奧氏體化溫度后開(kāi)始計算奧氏體化保溫時(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(cháng)，鉻、碳含量較高時(shí)需要的時(shí)間更長(cháng)。其次是鑄件結構所決定的鑄件整體加熱到奧氏體化溫度所需時(shí)問(wèn)。在爐內升溫過(guò)程

中，鑄件的實(shí)際溫度總是滯后于爐子的測定溫度，而且鑄件的模數越高，滯后越顯著(zhù)。鑄件表面溫度向內部傳導，是滯后的重要原因。據測定，二次碳化物析出時(shí)間并不長(cháng)，一般高鉻鑄鐵件整體達到奧氏體化溫度后，20min即可結束析出過(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。或根據鑄件最大模數計算保溫時(shí)間，1cm模數鑄件保溫時(shí)間2h，每增加1cm模數，增加0.5h。即：保溫時(shí)間=2h+0.5h/1cm模數.

如果加熱前鑄件的基體組織為珠光體，保溫時(shí)間可適當減少。

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(lèi)。

奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優(yōu)點(diǎn)，雖然機械性能也比較低，和鐵素體不銹鋼—樣不能熱處理強化，但可以通過(guò)冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它們的強度。這類(lèi)鋼的缺點(diǎn)是對晶間腐蝕及應力腐蝕比較敏感，需通過(guò)適當地合金添加劑及工藝措施消除。

應用

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)，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著(zhù)名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加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，但強度較低，不可能通過(guò)相變使之強化，僅能通過(guò)冷加工進(jìn)行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類(lèi)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(lèi)鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著(zhù)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(lèi)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(zhù)提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不銹鋼。

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