渗碳为什么在奥氏体区进行

7.1.4　钢在加热时的组织转变

一、铁碳合金的基本组织及性能

1.铁素体

一种铁碳化合物，碳含量很低，高温时仅为0.006%，它具有良好的塑性和韧性，强度硬度较低用符号F表示。

2.奥氏体

用符号A表示一种铁碳化合物碳含量较高，强度硬度较高，塑性也很好，但是变形抗力低，高温下的组织有的在727℃以上。

3.滲碳性

Fe.C的金属化合物，Fe₃C含碳量为6.69%，硬度很高，塑性韧性很差，脆性很大，用“Fe₃C”表示。

4.珠光体

铁素体和渗碳体的机械混合物，其力学性能在铁素体跟渗碳体之间，强度较高、硬度适中，有一定塑性，用符号“P”表示。

5.马氏体

碳在FE中的过饱和固溶体用符号“M”表示。

6.莱氏体

二、铁碳合金相图

铁碳合金相图是人类经过长期生产实践进行大量科学实验总结出来的，是一个比较复杂的二元合金相图，它不仅可以表明不同成分的铁碳合金在平衡条件下的成分，温度与组织之间的关系，而且可以推出其性能与成分、温度的关系。因此铁碳合金相同是研究钢铁成分，组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据（尤其是热处理），如图7-1所示。

相图中各特性线的意义：

1.GS线

又叫A₃线或铁素体析出线，奥氏体冷却到此时线开始析出铁素体。

2.ES线

又叫Acm线或渗碳体析出线，奥氏体冷却到此线开始析出渗碳体。

3.A₁线

又叫共析转变线，合金冷却到此线发生共析转变，即从奥氏体中同时析出，铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体相图中各种组织转变的温度点A₁、A₃、A_cm，也称临界点温度，是在极缓慢的加热或冷却条件下测得的，实际生产中的加热及冷却速度都比较快，所以组织转变的实际温度都有偏移，速度越快偏移越大，加热时临界点温度上移用AC₁、AC₃、A_cm表示；冷却时临界点温度下移用Ar₁，Ar₃，Ar_cm表示。各临界点的位置如图7-2所示。

图7-1　铁碳合金相图

图7-2　钢在加热和冷却时各临界点

三、钢在加热时的组织转变

以共析钢为例，从相图可知，在室温时，全部为珠光体P₀将其缓慢加热到A₁（727）时在铁素体与渗碳体交界处首先形成奥氏体晶粒（晶粒处成分不均匀，原子排列不规则，有利于晶粒的形成）。

晶粒形成后，铁素体逐渐向奥氏体转变渗碳体且不断向奥氏体溶解，奥氏体不断长大。由于渗碳体转变速度慢，铁素体先消失。当残余渗碳体全部溶于奥氏体后，在刚形成的奥氏体晶粒中原渗碳体区域碳浓度高原铁素体区域碳浓度低，随着保温时间的增长，碳原子得以继续扩散，最终使奥氏体成分均匀化。

共析钢奥氏体形成过程如图7-3所示。

图7-3　共析钢奥氏体的形成过程

由以上所述可知，为获得成分均匀的奥氏体，降了加热到临界温度以上，还必须有足够的保温时间，才能保证冷却时获得均匀的组织和良好的性能。

共析钢室温时的组织为珠光体和渗碳体，加热到AC₁时珠光体转变成奥氏体过程与共析钢相同，而铁素体随着温度的提高逐渐向奥氏体转变，在达到AC₃时全部转变为奥氏体。

过共析钢的室温组织为珠光体和渗碳体，加热到AC₁时珠光体转变成奥氏体，渗碳体要在温度达到A_cm以上才能全部溶解成为单一奥氏体。

钢在加热时的奥氏体化，一般不是热处理的目的，它仅为随后的冷却转变准备，冷却过程是热处理的关键工序，它决定着热处理后的组织与性能。

实践证明，同一种钢，冷却条件不同，将获得不同的组织，具有不同的性能。