第3章 钢铁感应热处理工艺基础

68.钢铁感应热处理的金属学基础是什么？

钢铁材料是以铁碳为基本组元的复杂合金。钢铁感应热处理的过程同普通热处理一样，是固态相变的过程。其金属学基础包括以下几方面：

（1）纯铁的同素异构转变 纯铁有同素异构转变，可形成体心立方和面心立方两种晶格的同素异构体。纯铁的同素异构转变见图3-1。在1538℃时，液态纯铁进行结晶，凝固成体心立方的δ-Fe；在1394℃时，发生同素异构转变，转变成面心立方晶格的γ-Fe；到912℃时，又发生同素异构转变，转变为体心立方晶格的α-Fe（无磁性）；继续冷却到770℃时，α-Fe变得具有强磁性，而巨金属的物理及电气性能均发生变化，这个温度称为居里点，在感应加热过程中，居里点是十分有影响的一个温度点；再继续冷却到室温，α-Fe不再变化。

（2）铁碳相图 铁碳相图不仅可以表明不同成分的铁碳合金在平衡条件下的成分、温度与组织之间的关系，还可以推断性能与成分、温度的关系。因此，铁碳相图是研究钢和铸铁组织与性能的基础，是制订各种热处理工艺的依据。铁碳相图见图3-2。

（3）奥氏体冷却时的组织转变 奥氏体在临界温度A₁以下是不稳定的，它会发生转变，但并不是一到A₁温度以下立即发生转变，它要停留一定时间（孕育期）。此时，它处于不稳定状态，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体在不同温度进行等温转变，会获得不同的组织和性能，见表3-1。

感应加热随后快冷的实际情况是快速加热升温又快速连续冷却，使奥氏体在温度连续下降过程中发生转变，称为过冷奥氏体的连续冷却转变。图3-3所示为过冷奥氏体的等温转变图，从图上根据冷却速度曲线（v₁、v₂等）与转变曲线相交的位置，可大致估计得到什么样的组织。

图3-1 纯铁的同素异构转变

图3-2 铁碳相图

表3-1 过冷奥氏体等温转变产物的组织及硬度

冷却速度v₁相当于随炉冷却（10℃/min），它得到的产物是珠光体；v₂相当于在空气中冷却（10℃/s），它得到的产物是索氏体；v₃相当于在油中冷却（150℃/s），它与开始转变曲线相交，一部分过冷奥氏体分解为托氏体，但v₃没有与转变终了线相交，故另一部分过冷奥氏体来不及分解就被过冷到Ms线以下，转变为马氏体，感应淬火中得到的过渡层既有马氏体，又有托氏体就是在这种冷速下形成的；v₄相当于在水中冷却（600℃/s），它不与转变曲线相交，表明冷却快，过冷奥氏体来不及发生分解，便被过冷到Ms以下转变为马氏体，感应淬火时常用喷液淬火，其冷速比图中v₄快，即曲线更陡，往更左方向靠近。

图3-3 过冷奥氏体的等温转变图