合金元素整合作用分析

过冷奥氏体共析分解的产物是珠光体，珠光体由铁素体和碳化物两相组成，是一个整体，铁素体和碳化物两相协同竞争长大，最终形成珠光体团。合金元素对珠光体转变的影响表现为对转变整体的影响，而不是对γ→α转变和碳化物形成影响的简单的线性叠加。

在碳素钢中，奥氏体共析分解形成渗碳体时，只需碳原子的扩散和重新分布。但在合金钢中，形成合金渗碳体或特殊碳化物时，则需要碳化物形成元素也进行扩散和重新分布。因此，碳化物形成元素在奥氏体中扩散速度缓慢是推迟共析转变的极为重要的因素。

非碳化物形成元素铝、硅可溶入奥氏体，但是不溶入渗碳体，只富集于铁素体中。这说明在共析转变时，铝及硅原子必须从渗碳体形核处扩散开去，渗碳体才能形核、长大，这是铝、硅提高奥氏体稳定性、阻碍共析分解的重要原因。

现将各类合金元素的作用总结如下：

1）强碳化物形成元素钛、钒、铌阻碍碳原子的扩散，主要是通过推迟共析分解时碳化物的形成来增加过冷奥氏体的稳定性，从而阻碍共析分解。

2）中强碳化物形成元素钨、钼、铬等除了阻碍共析碳化物的形成外，还增加奥氏体原子间的结合力，降低铁的自扩散系数，这将阻碍γ→α转变，从而推迟奥氏体向α＋Fe₃C的分解，也即阻碍珠光体转变。

3）弱碳化物形成元素锰在钢中不形成自己的特殊碳化物，而是溶入渗碳体中，形成含锰的合金渗碳体（Fe，Mn）₃C。由于锰的扩散速度慢，因而阻碍共析渗碳体的形核及长大，同时锰又是扩大γ相区的元素，起到稳定奥氏体并强烈推迟γ→α转变的作用，因而阻碍珠光体转变。锰对珠光体共析分解具有推迟作用^[8]。

4）非碳化物形成元素镍和钴对珠光体转变中碳化物的形成影响小，主要表现在推迟γ→α转变。镍是扩大γ相区并稳定奥氏体的元素，增加α相的形核功，降低共析转变温度，强烈阻碍共析分解时α相的形成。钴由于升高A₃点，可以提高γ→α转变温度，提高珠光体的形核率和长大速度。

5）非碳化物形成元素硅和铝由于不溶于渗碳体，在珠光体转变时，硅和铝必须从渗碳体形成的区域扩散开去，是减慢珠光体转变的控制因素。硅还能增加铁原子间的结合力，增高铁的自扩散激活能，推迟γ→α转变。(www.xing528.com)

6）内吸附元素硼、磷、稀土等富集于奥氏体晶界，可降低奥氏体晶界能，阻碍珠光体形核，降低形核率，延长转变的孕育期，提高奥氏体稳定性，阻碍共析分解，使等温转变曲线右移。

影响奥氏体共析分解的因素是极为复杂的，不是上述各合金元素单个作用的简单叠加。强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素、非碳化物形成元素及内吸附元素等在奥氏体共析分解时所起的作用各不相同，将它们综合加入钢中，各种合金元素的整合作用对于提高奥氏体稳定性将产生极大的影响。

采用多种合金元素进行综合合金化时，合金元素的综合作用绝不是单个元素作用的简单之和，而是由于各个元素之间的非线性相互作用，相互加强，形成一个整合系统。各元素的作用对共析分解将产生整体大于部分的效果。

在珠光体转变温度范围内，各元素的作用机制不同。如果把强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素、非碳化物形成元素和内吸附元素有机地结合起来，则能够成百倍、千倍地提高奥氏体的稳定性，推迟共析分解，提高过冷奥氏体的淬透性。

图4-31所示为35Cr、35CrMo、35CrNiMo、35CrNi4Mo这几种钢的等温转变图。从图中可以看出，这四种成分的合金钢的含碳量基本相同。随着合金元素种类和数量的增加，铁素体的析出和共析分解不断被推迟，转变的孕育期不断加长，等温转变曲线明显右移。此例生动地说明各种合金元素对于过冷奥氏体转变的整合作用。

图4-31 加入合金元素对等温转变图的影响^[13]

a）35Cr b）35CrMo c）35CrNiMo d）35CrNi4Mo