2.2.5　连续加热时奥氏体的形成

在生产实际中，奥氏体往往是在连续加热过程中形成的。这是因为在生产条件下，加热速度比较快，奥氏体形成过程开始后，由于工件能够吸收到的热量超过转变所需的热量，所以温度仍将继续升高。连续加热过程中奥氏体的形成过程可以看成是由许多个等温过程的叠加。因此，连续加热过程中奥氏体的形成过程与奥氏体等温形成过程基本一样，也经过形核、长大、残留碳化物溶解、奥氏体均匀化四个阶段，但与等温形成过程相比，有以下几个特点。

2.2.5.1　转变在一个温度范围内完成

钢在连续加热时，奥氏体形成的各个阶段都是在一个温度范围内完成的，而且随加热速度的增大，各个阶段的转变温度范围均向高温推移并扩大。

在等速加热条件下，奥氏体形成过程的热分析曲线如图2-35所示，呈马鞍形。当加热速度不大时，在转变初期，因珠光体向奥氏体的转变速度小，故吸收的热量（相变潜热）q亦很小，如果外界提供给试样的热量Q等于转变所消耗的热量q，则全部热量都用于形成奥氏体，温度不再上升，出现平台，转变在等温下进行。但若加热速度较快，此时Q＞q，即提供给试样的热量除用于转变之外尚有剩余，这部分热量将使温度继续上升，但升温速度减慢，因而偏离直线，如图2-35中的aa₁段。随转变温度升高，转变速度加快，转变所需热量增加，当q=Q时，将出现平台。随转变速度进一步加快，奥氏体大量形成，消耗大量热量，导致q＞Q，温度开始下降，出现a₁c段。最后，转变速度逐渐降低，当Q＞q时，温度又上升。

图2-35　连续加热条件下奥氏体形成的热分析曲线

提高加热速度，aa₁段向高温推移，下降段a₁c逐渐消失，二者合并为一斜率较小的直线，且随加热速度的进一步提高，继续向高温推移并直线缩短，如图2-36所示。

图2-36　w_C为0.85%钢在不同加热速度下的加热曲线

2.2.5.2　转变速度随加热速度增加而增加

从图2-36中可以得出在不同加热速度下的奥氏体形成开始及终了的温度与时间。将所得数据绘入温度-时间图中并分别将开始点及终了点连接成线，即可得出如图2-37所示的共析碳钢在连续加热时的奥氏体形成图。由图可见，加热速度越快，转变开始和终了温度越高，转变所需的时间越短，即奥氏体形成的速度越快。同时，还可明显看到，连续加热时，珠光体到奥氏体转变的各个阶段都不是在恒定的温度下进行的，而是在一个相当大的温度范围内进行的，加热速度越快，转变温度范围越大。

图2-37　共析碳钢连续加热时的奥氏体形成图（加热速度V₁＜V₂＜V₃＜V₄）

2.2.5.3　奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大

前已述及，钢在连续加热时，随加热速度的增加，转变温度将升高。由图2-31可知，C_γ-α将随转变温度升高而减小，C_γ-C则随转变温度升高而增大。另外，在快速加热的条件下，碳化物来不及充分溶解，C和合金元素的原子也都来不及充分扩散，这些都将造成奥氏体中碳和合金元素分布的不均匀。图2-38给出了加热速度和加热温度对40钢奥氏体内高碳区最高碳含量的影响。由图可见，随加热速度的升高，高碳区内最高碳含量也增大，并向高温方向推移。当以230℃/s的加热速度加热至960℃时，奥氏体中高碳区的最高碳含量可高达w_C 1.7%。当淬火加热温度一定时，随加热速度增大，转变时间缩短，原为珠光体和铁素体区域内的奥氏体碳含量差别增大，并且剩余碳化物数量增多，导致奥氏体基体的平均碳含量降低。在实际生产中，可能因为加热速度快、保温时间短，而导致亚共析钢淬火后得到碳含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。这种情况应注意避免。在高碳钢中，则可能出现碳含量低于共析成分的低、中碳马氏体及剩余碳化物，这有助于提高韧性，应加以利用。

图2-38　加热速度和淬火温度对w_C为0.4%钢奥氏体中高碳区最高碳含量的影响

2.2.5.4　奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化

在快速加热时，随转变过热度增大，奥氏体形核率急剧增大，线生长速度也随之增加，转变在短时间内即告结束（如用107℃/s加热时，奥氏体形成时间只有10-5s），形成的奥氏体晶粒来不及长大，若立即淬火可以获得超细组织。例如，采用超高频脉冲加热（时间为10-3s）淬火后，在两万倍的显微镜下也难以分辨出奥氏体晶粒大小。

综上所述，在连续加热时，随加热速度的增大，奥氏体形成被推向高温，奥氏体起始晶粒细化。同时，由于残留碳化物数量随加热速度增加而增多，故奥氏体的平均碳含量下降，这两个因素均可提高淬火马氏体的强韧性。近年来发展起来的快速加热、超快速加热和脉冲加热淬火均是据此而发展出来的。