3.4 连续加热时奥氏体的形成特征

在实际生产中，绝大多数情况下奥氏体是在连续加热过程中形成的。钢在连续加热时珠光体向奥氏体的转变与等温加热转变大致相同，也经过形核、长大、剩余碳化物溶解、奥氏体均匀化这四个阶段，其影响因素也大致相同。但在奥氏体形成过程中，虽然珠光体转变为奥氏体将吸收相变潜热，同时奥氏体升温过程也不断吸收热量，但当供给的热量大于转变消耗的热量时，温度还在不断升高。所以，与等温转变相比，连续加热具有以下特征：

1.相变临界点随加热速度增大而升高

奥氏体形成的开始温度及终了温度均随加热速度增大而升高。所有相变临界点（Ac₁、Ac₃、Ac_cm）在快速加热条件下均向高温移动，加热速度越大，转变温度就越高。但当加热速度为10⁵～10⁶℃/s时，w_C为0.2％～0.9％的钢的转变温度均为1130℃^[11]。

2.相变在一个温度范围内完成

钢在连续加热时，奥氏体形成在一个温度范围内完成。加热速度越快，各阶段的转变温度范围越向高温推移并扩大。

在以一定的速度加热时，奥氏体形成的实际热分析曲线如图3-21所示，呈现马鞍形。如果加热供给试样的热量Q等于转变所需消耗的热量q，则全部热量用于形成奥氏体，温度不再上升，转变在等温下进行。但是，若加热速度较快时，使Q＞q，则供给试样的热量除了用于转变外尚有富余，因而温度继续上升，但在临界点处由于吸收大量相变潜热，而使速度减慢，故偏离直线，如aa₁段；当奥氏体转变量达到最大时，短时间内吸收大量相变潜热，甚至升温，q＞Q，温度则下降，出现a₁c段；之后，奥氏体转变量逐渐减少，致使Q＞q，温度复又升高。

快速加热时，aa₁段向高温延伸，a₁c段也向高温推移，如图3-22所示。加热曲线的斜率越大，则表示加热速度越快。图3-22中的水平阶梯只是标志着奥氏体大量形成的阶段，水平台阶随着加热速度的增大而上升，而且相变在一个温度范围内进行。加热速度越快，转变温度越高，转变速度越快，转变所需时间越短。

图3-21 连续加热时奥氏体形成的热分析曲线

图3-22 w_C＝0.85％的钢在不同加热速度下的加热曲线

3.奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大

在快速加热情况下，碳化物来不及充分溶解，碳和合金元素的原子来不及充分扩散，因而造成奥氏体中碳及合金元素的浓度分布很不均匀。加热速度和淬火温度对w_C＝0.4％的钢的奥氏体中高碳区最高含碳量的影响如图3-23所示，将导致淬火后得到含碳量低于平均成分的马氏体和尚未完全转变的铁素体及碳化物；对于高碳钢则会出现含碳量低于共析成分的低、中碳马氏体及剩余碳化物。在实际生产中，可能因为加热速度快、保温时间短而造成上述结果，前者常常是有害的，应当避免，可以通过细化原始组织使其减轻；而后者则有助于使高碳钢的马氏体韧化。

4.奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化

快速加热时，相变过热度大，奥氏体形核率急剧增大，同时加热时间又短，奥氏体晶粒来不及长大，因此晶粒较细，甚至获得超细化的奥氏体晶粒。例如，采用超高频脉冲加热（时间为10^－8s）淬火后，在2万倍的电子显微镜下也难以分辨奥氏体晶粒大小。

综上所述，在连续加热时，随着加热速度的增大，奥氏体化温度升高，使奥氏体的起始晶粒细化。同时，剩余碳化物的数量增多，使奥氏体基体的平均含碳量降低。这两个因素均影响过冷奥氏体的冷却转变，也可以使淬火马氏体获得强韧化。近年来发展起来的快速加热、超快速加热和脉冲加热淬火等强韧化处理新工艺均是建立在这个理论基础上的。

图3-23加热速度和淬火温度对w_C＝0.4％钢的奥氏体中高碳区最高含碳量的影响