合金元素对钢加热转变的影响
合金钢加热，奥氏体化过程包括奥氏体晶核的形成、长大、碳化物的溶解、奥氏体的均匀化和奥氏体晶粒的长大等4个阶段。整个奥氏体化过程都与碳的扩散密切相关，合金元素是通过改变碳的扩散速度和相变温度而对奥氏体化产生影响。合金元素加入钢中，由于改变了奥氏体的形成温度和碳在钢中的扩散速度，因而影响了奥氏体的形成速度。其中Co、Ni能提高碳在奥氏体中的扩散速度，故能增大奥氏体的形成速度；Si、Al、Mn对碳在奥氏体中的扩散速度影响不大，因此它们对奥氏体形成速度几乎不产生影响；Cr、Mo、W、Ti、V等碳化物形成元素，与碳有较大的亲和力，阻碍碳在钢中的扩散，减慢了奥氏体的形成速度。奥氏体形成后，合金钢中还有一部分未溶碳化物存在。各种碳化物的稳定性各不相同，因而溶解温度和溶解速度也不相同。如铬的碳化物在850℃以上能大量溶解，W， Mo的碳化物在950℃以上才显著溶解，V、Ti、Nb的碳化物要在1050℃以上才溶解。为了增加奥氏体的合金度，充分发挥合金元素的作用，必须提高钢的淬火加热温度。有时淬火加热温度超过临界温度数十度以致数百度，如高速钢 W18Cr4V 的淬火加热温度为1280℃~1300℃,比临界温度(A₁点温度820℃)高数百度。由于铁素体和碳化物中的合金元素含量不同，故奥氏体刚形成时，碳和合金元素在奥氏体中的分布是不均匀的。奥氏体均匀化需要碳和合金元素的扩散；但是，合金元素的扩散速度很慢，即使在1000℃的温度下，也只有碳原子扩散速度的千分之几或百分之几。此外，碳化物形成元素的存在还要降低碳在奥氏体中的扩散速度。因此要使合金钢的奥氏体均匀化，所需的时间要比碳钢长得多。具有这种作用的元素有V、Ti、Nb、Zr、Al等。它们很容易形成稳定的碳化物、氮化物和氧化物等，这些化合物机械地阻碍晶粒长大。例如V、Ti、Nb、Zr等元素所形成的碳化物的稳定性较高，即使加热到高温仍有一部分未溶碳化物处于晶界上，强烈阻止奥氏体晶界的迁移。Al虽然不是碳化物形成元素，但在钢中能与O，N形成高熔点的Al₂O₃，AlN质点，分布在晶界上，起着阻止奥氏体晶界迁移的作用。具有这种作用的元素有W、Mo、Cr等。由于它们能与碳形成稳定的碳化物，其稳定型虽然较V、Ti、Nb、Zr等低一些，但仍能机械地阻碍奥氏体晶粒长大，只不过阻碍晶粒长大的作用较V、Ti、Nb、Zr等稍弱。具有这种作用的元素有Si、Co、Ni、Cu等，它们是非碳化物形成元素。关于它们的阻碍晶粒长大的机制，有人认为这类元素加入钢中能降低晶界的能量，减缓奥氏体长大的速度。具有这种作用的元素有P、Mn、C等。有人认为这些元素能提高晶界能量，增加奥氏体晶粒长大倾向，也有人认为P、Mn、C等溶入奥氏体后，由于使金属原子间的键合力减小，铁原子的自扩散系数增加，从而促进晶粒长大。
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