GCr15钢快速球化中离异共析转变临界过冷度的物理模型

　　传统的轴承钢的球化退火工艺往往需要很长的时间，从而消耗大量的能源，降低了生产的效率。因此开发新型的轴承钢球化退火工艺具有十分重要的作用。在轴承钢快速球化退火工艺设计中，主要是利用材料学离异共析转变的原理[1]，在冷却过程中直接形成粒状碳化物。在利用离异共析原理进行轴承钢球化的工艺设计中，两个关键工艺参数是奥氏体化温度和时间以及随后的冷却速度或者等温温度。控制奥氏体化保温温度与保温时间是为了获得足够的残留碳化物的数量作为随后冷却过程中珠光体离异共析转变的核心。除此之外，在冷却过程中需要足够慢的冷却速度，以保证相变的热力学驱动力只满足碳化物颗粒长大的需要，而不足以克服新相核心形成的阻力。虽然低的冷却速度有利于碳化物的球化，但是低的冷却速度无疑会降低生产效率。因此在快速球化退火的工艺设计中，需要对冷却速度进行优化设计，才能在保证完全球化的条件下取得最大的生产效率。

　　本文将通过研究作为核心的碳化物在一定的尺寸和数目情况下，从相变驱动力和碳原子界面扩散等方面进行计算，分析过冷度对离异共析转变的影响。在此基础上，提供工艺设计的基本思想和模型，为工业实际中快速球化退火工艺的优化提供必要的理论基础。

　　1 试验材料与方法

　　1.1 试验材料

　　试验材料选自某公司生产的热轧态GCr15钢，用线切割机将试样切成为Φ10mm×15mm的试样。试样用钢的成份(质量分数，%)为:C0.96，Mn0.31，Cr1.46，Si0.21，Al 0.036，Cu0.25，Mo0.01，Ni0.09，Fe余量。通过热力学软件 THERMO-CACL，计算得出实验用钢的A1温度，计算结果如图1所示。关于GCr15钢 A1相变点，不同的学者给出了不同的数据，考虑到不同文献给出的实测数据均是在一定的加热或冷却速度下得出的，平衡态A1相变点很难测出，因此本文计算中以THERMO-CALC软件的计算结果733℃作为实验材料的平衡相变点A点。

　　1.2 试验方法

　　将Φ10mm×15mm的圆柱形试样在箱式电阻炉中以30～50℃/h的加热速度分别加热到810℃，分别保温10min，然后水淬。将淬火后的试样进行磨制、抛光并用4%的硝酸酒精侵蚀。用扫描电镜观察其微观组织形貌。通过图片分析软件IMAGETOOL在扫描电镜照片测定淬火组织中碳化物体积分数和碳化物平均粒径。

　　将圆柱形试样在厢式电阻炉中以30～50℃/h的加热速度加热到810℃，分别保温10min。分别炉冷至720、710、700和690℃等温20min，空冷至室温。将试样进行磨制、抛光并用体积分数为4%的硝酸酒精侵蚀。用OLPLYMPUS金相显微镜观察组织，并用扫描电镜观察微观组织。