改变基体组织热处理的理论及工艺

　　为增强基体组织的强度和耐磨性，提高铸件的各种性能(耐磨性、硬度等)，为铸铁工艺提供更加可靠的技术支持，现对改变基体组织热处理的理论和工艺进行讨论。

　　1 改变基体组织热处理理论

　　1.1 过冷奥氏体的转变及其产物

　　铸铁奥氏体化后，如果继续冷却，温度低于A1温度时，奥氏体就会发生转变。这种转变不是单一的，而是具有多种可能性，可能是马氏体转变、珠光体转变等，而具体的转变方式与各种不同转变所要求的动力学条件有关，而且还与各种转变生成相在不同温度下的自由能有关。

　　以铁碳合金为例，其发生珠光体转变的温度在550℃以上至A1温度左右。在这种温度条件下原子得到充分扩散。通常珠光体内的渗碳体和铁素体的分布方式呈片状相间，其片层厚度与珠光体转变温度呈正相关。转变温度越高，所形成的珠光体分散度越小，片层厚度越大，反之则片层厚度越小。随着转变温度的降低，其转变产物依次为珠光体、索氏体，极细珠光体。

　　铸铁奥氏体化后，如果冷却的温度低于550℃而高于220℃时，原子不能充分扩散，就会转变为贝氏体，为介稳定的过饱和渗碳体和α-Fe的混合物。在接近55℃所形成的贝氏体称为上贝氏体，在靠近220℃所形成的贝氏体称为下贝氏体。上贝氏体由碳化物和α-Fe相组成，在金相显微镜下呈羽毛状;下贝氏体由分散的微细碳化物和过饱和α-Fe组成。铸铁奥氏体化后，如果冷却的温度再进一步降低，原子无法扩散，就会转变为马氏体，马氏体成分与原来的奥氏体成分相同。在马氏体转变的过程中碳、铁原子都不发生扩散，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

　　1.2 过冷奥氏体等温转变动力学曲线

　　过冷奥氏体等温转变动力学曲线是表示不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时间关系的曲线。由于通常不需要了解某时刻转变量的多少，而比较注重转变的开始和结束时间，因此，常常将这种曲线绘制成温度─时间曲线，简称C曲线，如图1所示。C曲线的左边一条线表示转变开始时间，称为孕育期。孕育期的长短取决于过冷奥氏体在该温度下的稳定性，它与该温度下过冷奥氏体与形成新相之间的能量差和碳原子的扩散能力有关。如图2所示，温度越低，过冷度越大，自由能差越大，转变驱动力越大;但同时，温度的降低又使原子的扩散能力降低。因此过冷奥氏体在某一特定温度下转变的孕育期最短。

　　对于铸铁，其奥氏体成分一般是过共析的，其C曲线上多出一条表示先共析渗碳体(或石墨)析出的曲线，如图3所示。奥氏体的成分偏离共析点越远，这条先共析相析出线距离珠光体转变开始线也越远。铁成分不同，其过冷奥氏体转变的C曲线不同。根据不同成分铸铁过冷奥氏体转变的C曲线，可以容易地预测该成分铸铁不同温度下奥氏体等温转变的产物，从而制订合理的等温转变热处理工艺。