钢材遇热时金相组织的改变

钢铁材料在热处理加热和冷却时都有组织转变，这些转变具有一定的规律性，特对部分选取的材料在不同热处理状态下的金相组织特征进行描述。

钢加热时的组织转变

钢加热到Ac₁点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac₃和Ac_cm以上时，便全部转变为奥氏体，这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，铁素体与渗碳体的晶格类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶格改组和铁碳原子的扩散。下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程，如图4－22所示。

图4－22  奥氏体化的四个过程

A. 奥氏体形核  奥氏体晶核首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上原子排列不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量，位错密度较高，铁素体和渗碳体的交接处在浓度、结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件。

B. 奥氏体长大  奥氏体一旦形核便通过原子扩散不断长大，在与铁素体接触的方向上，铁素体逐渐通过改组晶胞向奥氏体转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。

C. 残余渗碳体溶解  由于铁素体的晶格类型和含碳量与奥氏体的差别相对较小，铁素体向奥氏体的转变总是先完成。当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍有少量的渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长，这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。

D. 奥氏体均匀化  残余渗碳体溶解刚完成的奥氏体晶粒中，碳浓度是不均匀的。原先渗碳体的位置，碳浓度较高；原先铁素体的位置，碳浓度较低。因此，必须保温一段时间，通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。

对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过Ac₃或Ac_cm，而在稍高于Ac₁停留，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而先共析铁素体或二次渗碳体仍将保留，只有进一步加热至Ac₃或Ac_cm以上并保温足够时间，才能得到单相的奥氏体。

奥氏体晶粒的长大及控制  如果加热温度过高或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化，使得热处理后室温下钢发生晶粒粗大，降低钢的力学性能。