Fe-1C鋼離異共析轉(zhuǎn)變行為
張國(guó)宏1,2，張莉芹3，胡鋒3，吳開明2,3
(1. 武漢科技大學(xué)分析測(cè)試中心， 湖北 武漢 430081；2. 材谷金帶(佛山)金屬?gòu)?fù)合材料有限公司， 廣東 佛山 528200；3. 武漢科技大學(xué)高性能鋼鐵材料及其應(yīng)用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 武漢 430081)
摘要：離異共析轉(zhuǎn)變(DET)是高碳鋼實(shí)現(xiàn)快速球化退火的重要理論依據(jù)。為了深入理解離異共析轉(zhuǎn)變機(jī)理，采用定量金相方法，通過奧氏體中斷淬火和等溫轉(zhuǎn)變?cè)囼?yàn)對(duì)Fe-1C鋼離異共析轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在共析溫度以下，F(xiàn)e-1C鋼中離異共析轉(zhuǎn)變與珠光體轉(zhuǎn)變存在競(jìng)爭(zhēng)， DET相體積分?jǐn)?shù)與奧氏體化后殘留的滲碳體粒子間距Lθ以及珠光體片層間距λ有關(guān)，DET相體積分?jǐn)?shù)隨λ/Lθ值的增加而增大。用基于JMAK方程的離異共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算了DET相體積分?jǐn)?shù)隨λ/Lθ的變化關(guān)系并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較擬合，試驗(yàn)測(cè)量值與計(jì)算擬合曲線吻合較好。λ/Lθ的值越大，離異共析轉(zhuǎn)變時(shí)碳原子擴(kuò)散所需距離相對(duì)于珠光體轉(zhuǎn)變?cè)蕉?，就越有利于離異共析轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：高碳鋼；離異共析轉(zhuǎn)變；球化；珠光體；滲碳體
1 引言
鋼中奧氏體在冷卻到A1溫度(共析轉(zhuǎn)變溫度)以下將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成片狀鐵素體和滲碳體交替排列的珠光體組織。但是當(dāng)奧氏體基體中存在均勻分布的細(xì)小滲碳體顆粒時(shí)，奧氏體在共析溫度以下也可能轉(zhuǎn)變成鐵素體和粒狀滲碳體組成的復(fù)相組織。為了與共析轉(zhuǎn)變相區(qū)別，這種轉(zhuǎn)變被稱為離異共析轉(zhuǎn)變(Divorced Eutectoid Transformation，DET)。共析轉(zhuǎn)變過程中鐵素體與滲碳體是協(xié)同長(zhǎng)大的，而離異共析轉(zhuǎn)變過程中，奧氏體與鐵素體界面向奧氏體移動(dòng)，同時(shí)排出碳原子使之前存在于奧氏體中的未溶滲碳體顆粒逐漸長(zhǎng)大，鐵素體與滲碳體為非協(xié)同長(zhǎng)大。
Verhoeven J D等提出了Fe-C鋼中離異共析轉(zhuǎn)變的一階動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算得出了離異共析的長(zhǎng)大速率與過冷度之間的關(guān)系，然后與片狀珠光體的長(zhǎng)大速率相比較，得到Fe-C鋼中滲碳體粒子間距與過冷度的關(guān)系，確定了離異共析轉(zhuǎn)變/珠光體轉(zhuǎn)變分界線。一些學(xué)者把該模型應(yīng)用到GCr15鋼的球化熱處理中，但是，他們?cè)谟?jì)算GCr15鋼片層狀珠光體長(zhǎng)大速率時(shí)仍然使用Fe-C鋼中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沒有考慮Cr對(duì)片層狀珠光體長(zhǎng)大速率的影響。事實(shí)上，合金元素對(duì)片層狀珠光體長(zhǎng)大速率有較大的影響。Pandit A S等考慮Cr配分對(duì)片層狀珠光體長(zhǎng)大速率的影響，對(duì)Verhoeven J D等提出的模型進(jìn)行了修正，并用試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
球化退火是高碳過共析鋼實(shí)際生產(chǎn)過程中必不可少的預(yù)備熱處理工序，其目的在于改善鋼的切削性能及加工塑性。傳統(tǒng)球化退火工藝耗時(shí)長(zhǎng)、能耗大、成本高，離異共析轉(zhuǎn)變是高碳鋼實(shí)現(xiàn)快速球化退火的重要理論依據(jù)。雖然人們針對(duì)基于離異共析轉(zhuǎn)變的球化退火開展了較多研究，但這些研究大都關(guān)注工藝參數(shù)和合金元素對(duì)最后球化組織的影響，缺乏對(duì)離異共析轉(zhuǎn)變機(jī)理的深入研究。本文將對(duì)離異共析轉(zhuǎn)變過程的組織演變進(jìn)行系統(tǒng)觀察與分析，將決定離異共析轉(zhuǎn)變速率的滲碳體粒子間距和決定珠光體長(zhǎng)大速率的片層間距進(jìn)行比較，討論兩者的比值對(duì)Fe-1C鋼離異共析轉(zhuǎn)變行為的影響。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1) Fe-1C鋼在743 ℃和790 ℃保溫1 800 s，珠光體能完全溶解，殘留少量球狀滲碳體。與743 ℃相比，790 ℃奧氏體化后的滲碳體粒子尺寸更小，面密度也更小，滲碳體粒子間距更大。
(2) 在共析溫度以下，F(xiàn)e-1C鋼既會(huì)發(fā)生離異共析轉(zhuǎn)變也會(huì)發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。DET相體積分?jǐn)?shù)與奧氏體化溫度和DET轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。相同的DET轉(zhuǎn)變溫度下，奧氏體化溫度越低，DET相體積分?jǐn)?shù)越高。相同的奧氏體化溫度下，DET相體積分?jǐn)?shù)隨轉(zhuǎn)變溫度降低而逐漸減小，但離異共析和珠光體轉(zhuǎn)變并沒有清晰的分界線。隨等溫溫度降低，微觀組織是逐漸變化的，并沒有從完全的離異共析組織突然轉(zhuǎn)變到完全的珠光體組織。
(3) DET相體積分?jǐn)?shù)與奧氏體化后殘留的滲碳體粒子間距Lθ以及珠光體片層間距λ有關(guān)，DET相體積分?jǐn)?shù)隨λ/Lθ值的增大而增大。用基于JMAK方程的離異共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算了DET體積分?jǐn)?shù)隨λ/Lθ的變化關(guān)系并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)珠光體形核密度ρp=9.39×1016 m-3時(shí)試驗(yàn)測(cè)量值與理論計(jì)算曲線吻合較好。這可能是由于λ/Lθ的值越大時(shí)，離異共析轉(zhuǎn)變時(shí)碳原子擴(kuò)散所需距離相對(duì)于珠光體轉(zhuǎn)變?cè)蕉?，就越有利于離異共析轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
