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合金凝固时，由于溶质在固相中和在液相中的溶解度不同，而产生选分结晶(也称脱溶或液析)现象。即伴随结晶的进行，在凝固前沿不断有溶质析出(K<1时)，使液相同溶质浓度逐渐增加。在平衡结晶时，溶质在固、液两相中的均匀扩散都得以充分进行，因而并不产生偏析。但在钢液的实际凝固过程中，溶质在两相，特别是在固相中的扩散不能充分进行。结果析出的溶质不断在凝固前沿的母液中富集，形成浓度很高的溶质偏析层，此偏析层内熔体的液相线温度相对于成分未变之母液的液相线温度有所降低，因而使凝固前沿处熔体的过冷减小。这一现象对凝固组织有很大的影响。极端情况下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出现溶质大的富集情况。其溶质的分布可用下式来描述：式中C L(x)为距凝固前沿x处液相中溶质浓度；C0为合金熔体中溶质的初始浓度；K为溶质的平衡分配系数，K=C0/CL导；R为结晶速度；DL为溶质在液相中的扩散系数。设K为常数(液、固相线为直线)，且液相线斜率为m，则与凝固前沿溶质浓度相对应的液相线温度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)来描述。C L(x)及t L(x)的变化如图2所示。可见C L(x)随距凝固前沿距离增加而减小，t L(x)随距凝固前沿距离的增加而增高。在凝固前沿(x=O)处。熔体液相线温度tL与熔体实际温度之差称过冷，即Δt =tL-te。当达到稳定态结晶时，凝固前沿处tL=te=ts此时，液相线温度分布曲线与实际温度分布曲线所围成的区域(图2阴影区)称组成过冷区。组成过冷的出现，必将终止原有凝固界面的继续推进，并且当其凝固前沿前方过冷较大处的过冷超过生核所需的过冷度Δt ﹡ 时，将在凝固界面前方形成新的晶核。这是钢锭结晶组织由柱状晶向等轴晶转变的一种有说服力的解释。
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奥氏体的形成
奥氏体化——若温度高于相变温度钢，在加热和保温阶段，将发生室温下的组织向A的转变，称为奥氏体化。
奥氏体形成的四个步骤：
1）奥氏体晶核的形成； A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相界处产生；
2）奥氏体晶核长大；（3）残余渗碳体的溶解；（4）奥氏体的均匀化
共析钢——加热到Ac1点相变温度;
亚共析钢——加热到Ac3点相变温度以上；
过共析钢——理论上应加热到Accm以上，但实际上低于Accm。因为加热到Accm以上，渗碳体会全部溶解，奥氏体晶粒也会迅速长大，组织粗化，脆性增加。加热和冷却时相图上临界点位置，如图所示：
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奥氏体晶粒度和奥氏体晶粒长大及其影响因素
1、奥氏体晶粒度
1）起始晶粒度——室温下各种原始组织刚刚转变为奥氏
体时的晶粒度。
2）实际晶粒度——钢在具体的热处理或加热条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。分为10级，1级粗(锻造常温调质晶粒度一般要求5-8级，锻造余热调质晶粒度一般要求大于等于2级）。
3）本质晶粒度——表示奥氏体晶粒长大的倾向性。不表示晶粒的大小。
本质粗晶粒钢：奥氏体晶粒度随着加热温度的升高不断地迅速长大。 （如图6-3） 图6-3
本质细晶粒钢：奥氏体晶粒度只有加热到较高温度才显著长大。
2、奥氏体晶粒长大及影响因素
碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼，这样它们才能在空气中变硬。
镍（Nickle）
保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。
硅（Silicon）
有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。
钨（Tungsten）
增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。
钒（Vanadium）
增强抗磨损能力和延展性。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34大的不同就是前者含有钒。
磷（Phosphorus）
是有害元素，降低钢的塑性和韧性，出现冷脆性，能使钢的强度显著提高，同时提高大气腐蚀稳定性，含量应该限制在0.05%以下。
硫（Sulfur）
②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。
③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。
3．碳素工具钢
①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。
②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。
③锰含量较高者，在钢号后标出“Mn”，例如“T8Mn”。
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。
4．易切削钢
①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。
②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。
③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。
5．合金结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。
②钢中主要合金元素，除个别合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号
“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。
