影響奧氏體形核率和線生長速度的因素都會影響奧氏體的形成速度,如加熱溫度、鋼的原始組織和化學(xué)成分等

         (1)加熱溫度的影響。由于奧氏體的形成過程受碳在奧氏體中的擴散所控制,故隨溫度升高,相變驅(qū)動力增大,C原子擴散速度加快,奧氏體形核率N及線生長速度v均大大增加,因此奧氏體形成速度也隨加熱溫度升高而迅速增大。

       由圖2-34可見奧氏體形成溫度越高,轉(zhuǎn)變的孕育期越短,轉(zhuǎn)變完成所需時間也越短隨奧氏體形成溫度升高,形核率的增長速率高于線生長速度的增長速率。轉(zhuǎn)變溫度從740℃提高到800℃時,形核率增加270倍,而線生長速度只增加80倍。因此,奧氏體形成溫度越高,所得起始晶粒也越細(xì)小。同時,隨轉(zhuǎn)變溫度升高,奧氏體/鐵素體界面向鐵素體推移的速度與奧氏體/滲碳體界面向滲碳體推移的速度之比也增大。例如奧氏體形成溫度為780℃時,二者之比約為14.8,而當(dāng)奧氏體形成溫度升高至800℃時,由式(2-35)計算得二者之比增大到19.1。因此,隨奧氏體形成溫度升高,鐵素體消失時殘留滲碳體的量增大,奧氏體的平均碳含量降低,隨奧氏體形成溫度的升高,由于形核率的增長速率高于線生長速度的增長速率,導(dǎo)致奧氏體起始晶粒細(xì)化。同時,由于相變溫度升高,相變的不平衡程度增大,在鐵素體消失的瞬間,殘留滲碳體量增多,因而奧氏體的平均碳含量降低。這兩個因素均有利于改善淬火鋼的韌性,尤其是對高碳工具鋼更有重要的實際意義,由此發(fā)展了快速加熱、短時保溫等強韌化處理新工藝

       (2)鋼的碳含量和原始組織的影響。鋼中碳含量越高,奧氏體形成速度越快。因為鋼中碳含量增加時,碳化物數(shù)量增多,增加了鐵素體/滲碳體相界面,因而增加了奧氏體形核部位,使形核率增大。同時,碳化物數(shù)量增加后,使C的擴散距離減小。另外,C和Fe原子的擴散系數(shù)也增大,這些因素都將加快奧氏體的形成。但在過共析鋼中,由于碳化物數(shù)量過多,隨碳含量增加,也會引起殘留碳化物溶解和奧氏體均勻化時間的延長。在鋼的成分相同的情況下,原始組織中的碳化物的分散度越高,則鐵素體/滲碳體相界面越大,形核率便越大。同時,碳化物分散度高時,珠光體片層間距減小,奧氏體中C的濃度梯度增大,使擴散速度加快。因此,鋼的原始組織越細(xì),奧氏體形成速度越快。例如,奧氏體形成溫度為760℃時,若珠光體的片層間距從0.5m減至0.1m時,奧氏體的線生長速度約增加7倍。所以,鋼的原始組織為托氏體時,其奧氏體形成速度比索氏體和珠光體都快。原始組織中碳化物的形狀對奧氏體形成速度也有一定的影響。片狀珠光體與粒狀珠光體相比,由于片狀珠光體中的滲碳體呈薄片狀,相界面大,所以加熱時奧氏體形核率高。

       (3)合金元素的影響。合金元素不影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的機制,但影響碳化物的穩(wěn)定性及C在奧氏體中的擴散系數(shù),且許多合金元素在碳化物與基體之間的分配是不同的所以合金元素的存在會影響奧氏體的形成速度以及碳化物溶解和奧氏體均勻化的速度。強碳化物形成元素Cr、Mo、W等可降低C在奧氏體中的擴散系數(shù),因而顯著減慢奧氏體形成速度。非碳化物形成元素Co和Ni等可增大C在奧氏體中的擴散系數(shù)(鋼中加入co4%約使C在奧氏體中的擴散系數(shù)增加一倍),加速奧氏體的形成。Si和A1對C在奧氏體中的擴散影響不大,因此對奧氏體形成速度無顯著影響。合金元素可以改變臨界點A1、A2、Am等的位置,并使之?dāng)U大為一個溫度范圍,因而改變了相變時的過熱度,從而影響了奧氏體形成速度。如Ni、Mn、Cu等降低A1點,相對地增大了過熱度,提高了奧氏體的形成速度。Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A1點,相對地降低了過熱度,所以減慢了奧氏體的形成速度此外,鋼中加入合金元素還可以影響珠光體片層間距,改變C在奧氏體中的溶解度從而影響相界面的濃度差及C在奧氏體中的濃度梯度以及形核功等,這些都會影響奧氏體的形成速度。

       合金元素在鋼中的分布是不均勻的,弱碳化物形成元素主要分布在Fe3C中,如M非碳化物形成元素主要分布在a相中,如Ni、Si;強碳化物形成元素主要分布在特殊碳化物中,如Mo、W、V、Ti等。鋼中c為1%時,退火狀態(tài)下碳化物中c約為5%,而aFe中c僅為0.5%,可見Cr主要集中在碳化物中。鋼中N為4%時,在退火狀態(tài)下碳化物中N僅為1%,大部分存在于固溶體中。合金元素在銅中分布的不均勻性,即使在碳化物完全溶解后也還存在。因此,合金鋼的奧氏體均勻化過程,除C的均勻化以外,還包括了含金元素的均勻化。由于合金元素的擴散系數(shù)僅相當(dāng)于碳的1/1000~1/1000,同時,碳化物形成元素還降低C在奧氏體中的擴散系數(shù),故VC、TiC等特殊碳化物更難于溶解。因此,合金鋼奧氏體均勻化過程要比碳鋼長得多。鑒于這些原因,為了使合金鋼奧氏體成分均勻化,需要加熱到較高的溫度和保溫較長的時間。