Fe-1C鋼離異共析轉(zhuǎn)變行為
張國宏1,2，張莉芹3，胡鋒3，吳開明2,3
(1. 武漢科技大學(xué)分析測試中心， 湖北 武漢 430081；2. 材谷金帶(佛山)金屬復(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)變機理，采用定量金相方法，通過奧氏體中斷淬火和等溫轉(zhuǎn)變試驗對Fe-1C鋼離異共析轉(zhuǎn)變行為進行研究。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)變存在競爭， DET相體積分數(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相體積分數(shù)隨λ/Lθ值的增加而增大。用基于JMAK方程的離異共析轉(zhuǎn)變動力學(xué)模型計算了DET相體積分數(shù)隨λ/Lθ的變化關(guān)系并與試驗結(jié)果進行了比較擬合，試驗測量值與計算擬合曲線吻合較好。λ/Lθ的值越大，離異共析轉(zhuǎn)變時碳原子擴散所需距離相對于珠光體轉(zhuǎn)變越短，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。但是當奧氏體基體中存在均勻分布的細小滲碳體顆粒時，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，同時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大，鐵素體與滲碳體為非協(xié)同長大。
Verhoeven J D等提出了Fe-C鋼中離異共析轉(zhuǎn)變的一階動力學(xué)模型，計算得出了離異共析的長大速率與過冷度之間的關(guān)系，然后與片狀珠光體的長大速率相比較，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，他們在計算GCr15鋼片層狀珠光體長大速率時仍然使用Fe-C鋼中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沒有考慮Cr對片層狀珠光體長大速率的影響。事實上，合金元素對片層狀珠光體長大速率有較大的影響。Pandit A S等考慮Cr配分對片層狀珠光體長大速率的影響，對Verhoeven J D等提出的模型進行了修正，并用試驗進行了驗證。
球化退火是高碳過共析鋼實際生產(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)球化退火工藝耗時長、能耗大、成本高，離異共析轉(zhuǎn)變是高碳鋼實現(xiàn)快速球化退火的重要理論依據(jù)。雖然人們針對基于離異共析轉(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)和合金元素對最后球化組織的影響，缺乏對離異共析轉(zhuǎn)變機理的深入研究。本文將對離異共析轉(zhuǎn)變過程的組織演變進行系統(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大速率的片層間距進行比較，討論兩者的比值對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鋼既會發(fā)生離異共析轉(zhuǎn)變也會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。DET相體積分數(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相體積分數(shù)越高。相同的奧氏體化溫度下，DET相體積分數(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相體積分數(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相體積分數(shù)隨λ/Lθ值的增大而增大。用基于JMAK方程的離異共析轉(zhuǎn)變動力學(xué)模型計算了DET體積分數(shù)隨λ/Lθ的變化關(guān)系并與試驗結(jié)果進行了比較擬合，發(fā)現(xiàn)當珠光體形核密度ρp=9.39×1016 m-3時試驗測量值與理論計算曲線吻合較好。這可能是由于λ/Lθ的值越大時，離異共析轉(zhuǎn)變時碳原子擴散所需距離相對于珠光體轉(zhuǎn)變越短，就越有利于離異共析轉(zhuǎn)變的發(fā)生。
