材料亚稳态转变的比容研究(3)
1.1.3 钢的热处理工艺
从传统意义上，根据加热，冷却方式得到组织和性能的不同，我们可以把钢的热处理工艺分为一般热处理 (例如奥地利的身体的和退火，正火、 淬火和回火)，特殊的热处理方法 （如表面热处理和化学热处理、渗碳、 渗氮和碳氮共渗)真空热处理和形变热处理。
（1）奥氏体化：由铁碳相图可知，在不同温度下，钢的组织形态是各不相同的。通常把钢加热到奥氏体转变温度以上，使钢发生奥氏体化转变的过程称为“奥氏体化”[4]。简单来说，钢由其他组织向奥氏体转变的过程，就是奥氏体化。加热温度在A1点以上就开始发生转变，而当加热温度超过A3或Acm以上便会发生全部转变。在奥氏体化的过程中，晶格会发生重组，而晶格的重组一般是通过扩散来进行的。由含碳0.0218%的铁素体和含碳6.67%的渗碳体通过奥氏体化过程，从而形成含碳量0.77%的单相固溶体，也就是奥氏体。钢在加热时，一般要经历奥氏体的形核、奥氏体的长大、剩余渗碳体的溶解和奥氏体成分均匀化四个过程[5]。奥氏体的形成是以形核与长大的方式逐渐形成的。在奥氏体转变开始时，首先会在铁素体和渗碳体的晶界上形成新相的晶核，而后不断长大，最后形成稳定的晶核。这是因为铁素体和渗碳体的碳浓度在相界面上有极大的差别，同时在晶界处原子排列极不规则，很容易产生浓度起伏区和结构起伏区，同时这也是奥氏体形核的先决条件。奥氏体晶核形成后，便开始长大[5]。渗碳体奥氏体晶粒长大通过溶出度、 碳在奥氏体和铁素体中的扩散过程三个铁素体奥氏体转变。由于铁素体和奥氏体碳浓度界面，渗碳体界面与奥氏体碳浓度差，比小得多的转型过程中这就是溶解的为什么铁素体奥氏体渗碳体变化速度快导致快得多。因此，在加热过程中，最先消失的总是珠光体中的铁素体。在铁素体消失后，继续加热或保温时，碳会在奥氏体中进一步扩散，这就使得剩余的渗碳体，也可以不断的溶解到奥氏体中。若加热或保温时间足够长，碳原子得到充分扩散，就可以获得成分均匀的奥氏体。对于合金工具钢，其奥氏体化进程不仅受到含碳量的影响，合金元素对合金工具钢的奥氏体化也产生重要影响。非碳化物形成元素Ni、Co，可以提高碳在奥氏体中的扩散速度，加快了奥氏体的形成速度。而W、Cr、V、Mo等碳化物形成元素则会显著降低碳元素在奥氏体中的扩散速度，造成奥氏体的形成速度被减慢。而且在合金钢中除了碳的均匀化之外，还有一个合金元素均匀化的过程，故而在相同条件下，在制定合金工具钢的热处理工艺时，同普通碳钢相比，其加热温度要高，加热时间要长。钢在加热后形成的组织，特别是奥氏体晶粒的大小，对冷却转变后钢的组织和性能有着较为重要影响。一般来讲，奥氏体晶粒越细小，则高碳钢热处理后的强度越高、韧性越好。因此在生产上，一般采用快速加热短时保温的工艺来取得超细化晶粒[6]。