GCr15轴承钢热处理后相结构和尺寸变化研究(8)
1.7 钢的热处理中的尺寸变化
淬火过程中钢件由原始室温组织为体心立方结构的铁素体与复杂斜方结构的渗碳体混合物，变为体心正方结构的马氏体。铁素体中的碳在727℃时具有最大溶解度0.0218%，而马氏体为碳溶解在铁素体中的过饱和固溶体，溶解的多余的碳原子会将铁素体“撑大”，“撑大”的度就是正方度，反应在宏观上就是钢件尺寸变化[1]。而在回火过程中，碳原子会从马氏体中析出，形成碳化物而使其体积减小。所以如果研究其体积变化的多少就能反而推知其相变。
1.8 本文的研究目的和内容
1.8.1 本文的研究目的
由上文知道，研究物质的相结构对于材料人来说异常重要。在工厂等场所对其相变的研究常常受到条件的限制，如X射线仪的昂贵，硬度测试的不确定性，观察金相不准确。在GCr15轴承钢热处理过程中伴随着体积的变化，二次称重法可通过对其密度的测量从而转变成对其体积变化的测量。本次论文利用天安轴承厂的4个GCr15试样，探索出马氏体回火过程中回火温度与密度的关系。从而可以利用二次称重法来对马氏体回火过程中相变和尺寸进行分析。
即马氏体回火的密度比铁素体的密度小3%左右。也就是说，现在0.1mg精度的分析天平完全可以称量出钢从马氏体组织转变为铁素体和碳化物引起的密度变化。先利用二次称重法测出热处理前钢的密度1，后称量出做任何处理的钢的密度2，结果对比。如果（2 -1）/1等于百分之几就是体积变化量。
通过二次称重法测出体积变化，绘制密度-回火温度曲线图，并结合GCr15轴承钢的热膨胀曲线，探索出利用二次称重法而研究GCr15轴承钢相变的新方法。
本次课题的创新在于通过易于进行实验的二次称量测密度的方法测出 GCr15轴承钢热处理前后的体积变化，进而推知其相变。这个方法可以在工厂等地方普遍使用，对生产有重要作用，并配合热膨胀仪对试样的体积变化做出精确的测定，对比可以得出二次称重法测体积变化的可行性与可靠的系数。
1.8.2 本文的主要内容
（1）二次称重法测出不同热处理前后的密度
证实二次称重法可以测定GCr15轴承钢热处理前后密度，从而可以定量的分析热处理前后的体积变化，最终可以反向推到相变的过程。通过二次称重法测出试样热处理后的密度，测出密度-热处理条件图。得到理想的实验数据。
（2）X射线衍射仪分析物相
利用X射线分析实验材料的相组成，从而排除有残余奥氏体的试样，选择没有残余奥氏体的试样进行试样，控制不确定的因数，这样在回火过程中的体积变化可以理解为马氏体分解所引起的。
（3）热膨胀仪测出热膨胀曲线
热膨胀是表征材料物理性能的重要特征量。线膨胀测量是获取钢铁材料固态相变动力学信息的一种重要手段。利用热膨胀测出热膨胀曲线，从曲线中可以得知相变点和相变后体积变化，可以作为二次称重法研究相变的参考。
实验部分2.1 二次称重法2.1.1 实验原理
钢在马氏体转变中，伴随着微观体积增大的现象。很早以前就已发现高碳钢马氏体具有体心正方结构，且马氏体点阵常数与其奥氏体含碳量具有定量关系，即
c=a0+αp，a= a0+βp，c/a=a0+γp （1）
式中，p为含碳量(单位为%)，a0为纯铁α相的点阵常数，α=0.116±0.002，β=0.013±0.002， =0.046±0.001，式（1）后来为很多实验证实，并发现在多晶及合金钢马氏体中也近似符合。理论上数据的计算：