钢中奥氏体晶粒和游离碳化物相的超细处理

　　碳含量(质量分数)大于0.7%的碳素工具钢和合金钢一般在淬火后以低温回火状态使用，以获得所需的硬度高，强度高，耐磨。然而，经过这样的热处理后，模具钢的塑性和韧性降低，模具失效不是因为磨损，而是因为韧性不足。过去，提高回火温度是为了降低脆性，但同时强度和硬度也有一定程度的降低。最近，通过快速加热和淬火可以获得高强度和韧性。根据奥氏体形成规律，如果热处理和加热前原始组织中碳化物弥散量大，快速加热和短时间保温可获得细小的奥氏体晶粒，淬火后马氏体晶粒相应细小。晶粒细化不仅可以提高钢的强度，还可以显著提高钢的韧性。在相同强度下，板条位错马氏体往往比片状孪晶马氏体具有更高的韧性。影响马氏体形态的主要因素是奥氏体的化学成分。奥氏体中的C和合金元素(Co除外)含量降低，容易获得板条位错马氏体，因此一般淬火难以在高碳钢中获得这种显微组织。加热速度越高，奥氏体形成温度越高，奥氏体含碳量越低，越容易获得位错马氏体。因此，快速加热淬火是提高高碳钢零件强度和韧性的途径之一。

　　对于高碳钢或渗碳钢(渗碳钢表面相当于渗碳后的高碳钢)，在快速加热淬火前，应将钢加热到Ac3或Accm以上的温度，使铁素体或碳化物能完全溶解到奥氏体中，使钢具有均匀细小的原始组织。碳化物在原始组织中的分散度越大，可以提高加热速度或缩短保温时间。因此，为了防止共析铁素体或碳化物在随后的冷却过程中从奥氏体中析出，可以通过淬火获得马氏体或在盐浴中在相同温度下获得贝氏体。如果没有明显的碳化物析出，等温正火也可以得到细小的片状珠光体。

　　高碳钢模具经过快速短时加热淬火后，获得了较高的强度和韧性，这与细小的奥氏体晶粒和板条马氏体有关。在快速加热条件下，奥氏体化不均匀，未溶解的碳化物残留在组织中，降低了奥氏体中碳和合金元素的含量，提高了Ms点，有利于板条马氏体的形成。加热速率越高，奥氏体碳含量越低。短时间加热后，溶解在奥氏体中的碳量可以减少到0.6%以下，这防止了富碳区域的形成。淬火后的显微组织为低碳含量的隐晶马氏体加均匀分布的细小粒状碳化物，并含有适量均匀分布的残余奥氏体，大大降低了淬火微裂纹的几率。回火后，强度和韧性都比普通调质高。如果采用多次淬火(当第一次淬火温度较高时，往往需要依次降温)，可以获得较好的强韧化效果。

　　为了延长渗碳零件的使用寿命，可以先采用高温渗碳，提高渗碳温度，这样可以大大缩短渗碳时间。但奥氏体晶粒粗大，高温渗碳后直接放入油中冷却，表层可获得马氏体和残余奥氏体；为了将高温渗碳淬火后获得的更多残余奥氏体完全分解为贝氏体，在贝氏体形成区进行回火。然后，通过感应加热、盐浴炉或铅浴炉加热，渗碳钢被迅速加热到Ac3点，并在奥氏体化后立即淬火。在该温度下快速加热的目的是使渗碳层和芯部获得细小的奥氏体晶粒，表层获得细小且均匀分布的剩余碳化物、低碳含量的隐晶马氏体和较少的残余奥氏体。核心是低碳马氏体。采用这种方法，由于残余奥氏体过多或含碳量高，渗碳零件的硬度降低。