Fe-1C钢离异共析转变行为
张国宏1,2，张莉芹3，胡锋3，吴开明2,3
(1. 武汉科技大学分析测试中心， 湖北 武汉 430081；2. 材谷金带(佛山)金属复合材料有限公司， 广东 佛山 528200；3. 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心， 湖北 武汉 430081)
摘要：离异共析转变(DET)是高碳钢实现快速球化退火的重要理论依据。为了深入理解离异共析转变机理，采用定量金相方法，通过奥氏体中断淬火和等温转变试验对Fe-1C钢离异共析转变行为进行研究。结果表明，在共析温度以下，Fe-1C钢中离异共析转变与珠光体转变存在竞争， DET相体积分数与奥氏体化后残留的渗碳体粒子间距Lθ以及珠光体片层间距λ有关，DET相体积分数随λ/Lθ值的增加而增大。用基于JMAK方程的离异共析转变动力学模型计算了DET相体积分数随λ/Lθ的变化关系并与试验结果进行了比较拟合，试验测量值与计算拟合曲线吻合较好。λ/Lθ的值越大，离异共析转变时碳原子扩散所需距离相对于珠光体转变越短，就越有利于离异共析转变的发生。
关键词：高碳钢；离异共析转变；球化；珠光体；渗碳体
1 引言
钢中奥氏体在冷却到A1温度(共析转变温度)以下将发生共析转变，形成片状铁素体和渗碳体交替排列的珠光体组织。但是当奥氏体基体中存在均匀分布的细小渗碳体颗粒时，奥氏体在共析温度以下也可能转变成铁素体和粒状渗碳体组成的复相组织。为了与共析转变相区别，这种转变被称为离异共析转变(Divorced Eutectoid Transformation，DET)。共析转变过程中铁素体与渗碳体是协同长大的，而离异共析转变过程中，奥氏体与铁素体界面向奥氏体移动，同时排出碳原子使之前存在于奥氏体中的未溶渗碳体颗粒逐渐长大，铁素体与渗碳体为非协同长大。
Verhoeven J D等提出了Fe-C钢中离异共析转变的一阶动力学模型，计算得出了离异共析的长大速率与过冷度之间的关系，然后与片状珠光体的长大速率相比较，得到Fe-C钢中渗碳体粒子间距与过冷度的关系，确定了离异共析转变/珠光体转变分界线。一些学者把该模型应用到GCr15钢的球化热处理中，但是，他们在计算GCr15钢片层状珠光体长大速率时仍然使用Fe-C钢中的经验数据，没有考虑Cr对片层状珠光体长大速率的影响。事实上，合金元素对片层状珠光体长大速率有较大的影响。Pandit A S等考虑Cr配分对片层状珠光体长大速率的影响，对Verhoeven J D等提出的模型进行了修正，并用试验进行了验证。
球化退火是高碳过共析钢实际生产过程中必不可少的预备热处理工序，其目的在于改善钢的切削性能及加工塑性。传统球化退火工艺耗时长、能耗大、成本高，离异共析转变是高碳钢实现快速球化退火的重要理论依据。虽然人们针对基于离异共析转变的球化退火开展了较多研究，但这些研究大都关注工艺参数和合金元素对最后球化组织的影响，缺乏对离异共析转变机理的深入研究。本文将对离异共析转变过程的组织演变进行系统观察与分析，将决定离异共析转变速率的渗碳体粒子间距和决定珠光体长大速率的片层间距进行比较，讨论两者的比值对Fe-1C钢离异共析转变行为的影响。
2 精选图表
3 结论
(1) Fe-1C钢在743 ℃和790 ℃保温1 800 s，珠光体能完全溶解，残留少量球状渗碳体。与743 ℃相比，790 ℃奥氏体化后的渗碳体粒子尺寸更小，面密度也更小，渗碳体粒子间距更大。
(2) 在共析温度以下，Fe-1C钢既会发生离异共析转变也会发生珠光体转变。DET相体积分数与奥氏体化温度和DET转变温度有关。相同的DET转变温度下，奥氏体化温度越低，DET相体积分数越高。相同的奥氏体化温度下，DET相体积分数随转变温度降低而逐渐减小，但离异共析和珠光体转变并没有清晰的分界线。随等温温度降低，微观组织是逐渐变化的，并没有从完全的离异共析组织突然转变到完全的珠光体组织。
(3) DET相体积分数与奥氏体化后残留的渗碳体粒子间距Lθ以及珠光体片层间距λ有关，DET相体积分数随λ/Lθ值的增大而增大。用基于JMAK方程的离异共析转变动力学模型计算了DET体积分数随λ/Lθ的变化关系并与试验结果进行了比较拟合，发现当珠光体形核密度ρp=9.39×1016 m-3时试验测量值与理论计算曲线吻合较好。这可能是由于λ/Lθ的值越大时，离异共析转变时碳原子扩散所需距离相对于珠光体转变越短，就越有利于离异共析转变的发生。
