基本介紹
- 中文名：奧氏體化處理
- 外文名：austenitizing
- 概述：加熱工件
- 套用：奧氏體不鏽鋼
- 特點：在高溫時為均為γ相
簡介,快速奧氏體化處理,鑄件奧氏體化處理,特點,套用,
簡介
奧氏體化處理是為了球化退火時需有適當量的殘存碳化物，其在球化時起到核心的作用，鋼材升溫上去後片狀碳化物開始分斷，超過AC1點後，向顆粒化進展，於750℃附近結束。然後由小粒開始順次固溶消失，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，有關奧氏體化的溫度及保溫時間以及各種元素的影響有不少研究報告，進入70年代後，開始了定量化研究，其中1973年進行了實踐性的詳細研究。
其研究要點如下。在760~820℃範圍內保溫1~8h後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後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，等溫相變後多一些，以單位體積換算大致相同，在冷卻中沒有新的核生成。同時，升溫速度緩慢時，片狀碳化物分斷後形成較大的顆粒。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，探討了等溫相變後的球化組織，見圖（e）。其碳化物粒徑狀況如圖（f）所示。奧氏體化的溫度高時，核的數量少，球狀碳化物粒徑大，是良好的分離的組織狀態。但是奧氏體化溫度過高時，由於核間距離過大，C不能很好擴散凝聚，會形成新的片狀碳化物析出，相反，溫度過低時，形成碳化物數量很多、卻不能很好分離的組織。具體來說，在820℃短時保溫與800℃長時間保溫，會有新的片狀碳化物析出。若在760℃加熱，如果不進行長時間保溫，則分離狀況不充分。總之，要得到最合適的核心數量，應在800℃短時間保溫或是在780℃保溫，但在實際生產中，因為有凝固偏析的存在，需稍高於上述溫度，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，相變時產生的馬氏體片也小。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，並在剛高於AC3溫度處作非常短時間的保溫。這時可用瞬間過熱來溶解碳化物，而又不至於粗化奧氏體晶粒。
由於馬氏體晶粒細化以及淬火時位錯密度的提高，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，於是衝擊性能變差。提高回火溫度確能消除位錯，這時性能主要由極細的回火馬氏體片尺寸控制。採用400℃以上的回火溫度，快速熱處理能改善衝擊性能，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採用快速熱處理，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生的晶粒細。
快速奧氏體化處理，用於顯著改善超高強度鋼的強度和韌性，主要還局限於實驗室研究。尚有許多控制上的問題存在。因為鋼的熱學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，淬火第一個步驟就是將鑄件加熱超過AC3，保溫一定時問後，使鑄態基體組織轉變成為單一的奧氏體組織。這一過程稱為奧氏體化。
鑄態基體組織對奧氏體化過程有一定影響。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，易於分解，在奧氏體化過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行預珠光體化處理是有益的。
高鉻鑄鐵件加熱到AC1度後，基體局部組織開始發生點陣改組，出現α→γ轉變。隨溫度增高，γ轉變數逐漸增加。理論上鑄件溫度達到AC3，轉變應該停止。但是，實際測定結果表明，鑄件加熱到稍高於AC3溫度進行奧氏體化，α→γ轉變的速度比較緩慢，即使保溫時間很長，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成分很不均勻，並且含有許多未溶碳化物以及其他熔點較高的雜質。已發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冷奧氏體的轉變，而且也會使轉變產物組織均勻性顯著下降，最終導致鑄件力學性能降低。
加熱溫度超過AC320～30℃，α→γ轉變才開始逐漸趨於停止。高鉻鑄鐵通常採用的奧氏體化溫度超過AC370～120℃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AC3溫度。但是高鉻鑄鐵含有多種合金元素，直接影響AC3溫度，難以寫出各元素質量分數對AC1和AC3溫度綜合影響的表達式。
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使淬火後馬氏體的硬度上升。但是過度提高溫度將產生相反效果。例如奧氏體化溫度超過100℃以後，由於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，淬火後鑄件中殘餘奧氏體在基體中的體積分數可能超過70%。因此，高鉻鑄鐵件奧氏體化溫度不應超過980～1000℃。
鑄件在爐內加熱到預定的奧氏體化溫度後開始計算奧氏體化保溫時問。此時間過程包括：鑄件整體達到奧氏體化溫度所需時問、成分均勻化及二次碳化物析出所需時間。
奧氏體化所需時間中，成分均勻化所需時問比較長，鉻、碳含量較高時需要的時間更長。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問。在爐內升溫過程
中，鑄件的實際溫度總是滯後於爐子的測定溫度，而且鑄件的模數越高，滯後越顯著。鑄件表面溫度向內部傳導，是滯後的重要原因。據測定，二次碳化物析出時間並不長，一般高鉻鑄鐵件整體達到奧氏體化溫度後，20min即可結束析出過程。這可能與鑄件加熱過程中已有二次碳化物析出有關。
鑄件具體的奧氏體化保溫時間，可以這樣計算：厚度25mm的鑄件基本保溫時間為2h，厚度每增加25mm保溫時間增加1h。或根據鑄件最大模數計算保溫時間，1cm模數鑄件保溫時間2h，每增加1cm模數，增加0.5h。即：保溫時間=2h+0.5h/1cm模數.
如果加熱前鑄件的基體組織為珠光體，保溫時間可適當減少。
特點
經過奧氏體化處理的鋼，在高溫時為均為γ相，冷卻時由於Ms點在室溫以下，所以在常溫下具有奧氏體組織。以錳代替部分鎳並加氮的低鎳不鏽鋼如Cr18Mn10Ni5，Cr13Ni4Mn9，Cr17Ni4Mn9N，Cr14Ni3Mn14Ti鋼等均屬於這一類。
奧氏體不鏽鋼具有前已述及的許多優點，雖然機械性能也比較低，和鐵素體不鏽鋼—樣不能熱處理強化，但可以通過冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它們的強度。這類鋼的缺點是對晶間腐蝕及應力腐蝕比較敏感，需通過適當地合金添加劑及工藝措施消除。
套用
奧氏體不鏽鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不鏽鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不鏽鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量並加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素髮展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不鏽鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，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於0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高矽的奧氏體不鏽鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由於奧氏體不鏽鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中獲得了廣泛的套用
