钢中魏氏组织的形成因素综述
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【摘 要】说明钢中魏氏组织对力学性能的不利影响及消除的必要性；概括总结引起钢中产生魏氏组织的多种因素，包括加热温度、冷却速度、碳含量以及奥氏体（ A）晶粒的大小等；并根据每种因素提出相应的魏氏组织预防和消除措施。
0.引言
在实际热处理生产中，常常出现具有先共析片（针）状铁素体或针（片）状渗碳体的组织，即所谓的魏氏组织（W）。大多数认为，魏氏组织对钢的力学性能是不利的。原因是珠光体基体上分布的针状铁素体，不但切割了基体组织，并且如同一些楔状物造成应力集中，形成裂纹核心，并沿铁素体扩展，使钢的塑性和冲击韧性显著降低。所以，为了弄清魏氏组织的形成因素并能在实际生产中有效预防和消除，研究者做了大量实践，并发表了大量论文和专著，笔者现将相关成果进行了总结。影响魏氏组织形成因素主要包括一下几方面：
1.加热温度的影响
为了充分了解在何种温度下易出现魏氏组织， 研究人员对高线生产的 12mmML35钢进行了不同的加热温度、保温7 分钟后空冷以及在300℃的回火炉中保温30分钟开启炉门冷却， 检验金相组织的变化情况，其结果如下：当加热到850℃时，冷却后的金相组织为铁素体+珠光体；当加热到900℃时，冷却后的金相组织为铁素体+珠光体+部分魏氏组织；当加热到950℃时，冷却后的金相组织为大部分魏氏组织+少量正常（铁素体+珠光体）组织；当加热到1000℃时，冷却后的金相组织为大量魏氏组织+少量正常（铁素体+珠光体）组织。从实验室模拟的情况看：ML35钢材加热到900℃以上， 冷却后钢中即出现了魏氏组织，这与实际生产测的结果基本吻合。不同的是在300℃的回火炉中保温30分钟，开启炉门冷却，出现的魏氏组织的量比采用空冷的少。
虽然实验室模拟的冷却情况与现场有一定的差距，但从其结果可以说明： 终轧温度高是ML35钢产生魏氏组织的主要原因。所以，只有在合适的温度下生产钢材，避免过高的加热温度，才能有效消除和预防钢中出现魏氏组织。
2.冷却速度的影响
大量工艺实践证明，魏氏组织只能在一定范围的冷却速度下才能形成。为了测定魏氏组织的临界冷却速度，一般情况下采用端淬法。首先，对试样进行一段耐火材料保护，其目的在于端淬过程沿纵向试样获得较大的冷速梯度，以便在一个试样上同时测得上临界点和下临界点。然后将上述用耐火材料保护的端淬试样在箱式电阻炉中加热到920℃，保温90min，出炉后喷水端淬。端淬后的试样沿纵向抛光腐蚀后，在光学显微镜下观察，结果在试样上端和下端分别观测到出现魏氏组织的一个分界点，根据实验结果：随着冷速的不同，魏氏组织的相对量和析出形态有明显的不同，从左边端部开始，由于水冷冷速大，组织为马氏体，没有魏氏组织；从端部10mm处往右边开始魏氏组织量逐渐增多，铁素体针逐渐增大；至耐火材料保护部位，无魏氏组织，为等轴的铁素体+珠光体。
以上实验充分证明了冷却速度对魏氏体形成的影响，魏氏组织是在一定的冷速范围内形成的。在该冷速范围内，先共析铁素体将由一部分呈针状魏氏组织形态存在，过慢（等轴铁素体+珠光体）或过快（马氏体）的冷速都不出现魏氏组织。因此，在热处理过程中，为了避免魏氏组织的产生及其对工件力学性能的不利影响，应尽量控制工件的冷却速度，避开魏氏体形成的温度范围，以提高工件的综合力学性能。
3.碳（合金）量的影响
碳含量减少使先共析铁素体组织增多，当出现过热时，在一定的冷却速度下，铁素体首先在奥氏体晶界上成核，向奥氏体晶粒内部呈羽毛状长大，使碳原子发生扩散。随着加热温度的升高，晶粒趋向粗大，在较低的冷却速度下会出现魏氏体组织。由此可以看出，钢中的魏氏组织主要来自于先共析铁素体（有时也可来自于先共析渗碳体），而先共析组织的含量取决于钢中碳元素的浓度，所以说，含碳量也是影响钢中魏氏组织形成的一个重要因素。大量实验数据表明：含碳量0.5时，为珠光体；只有碳含量在0.2%左右时才有魏氏组织产生。之后随着碳含量的升高，其逐渐接近钢的共析成分，先共析组织越难析出，魏氏组织也就逐渐消失。经大量实验证明，当钢的碳含量超过0.6%时，魏氏组织铁素体就难以再形成。
另外，影响魏氏组织形成的不仅是碳含量，在实践中发现，有很多合金元素也能对其产生重要影响。当钢中加入Mn元素时，会促进魏氏组织铁素体的形成；而如果在其中加入Mo、Cr、Si等元素时，则会阻碍魏氏组织的形成。因此，在热处理工业生产中，为了避免魏氏组织带来的不利影响，要注意钢中碳及合金元素的影响，并通过控制合金的种类和含量来控制魏氏组织的产生。
4.晶粒度的影响
一般认为，奥氏体晶粒越粗大，越容易形成魏氏组织，而魏氏组织也往往与粗大的奥氏体晶粒伴生。实验中测得，在不同的奥氏体化加热温度条件下、采用同一冷却速度进行冷却，随着温度的变化，魏氏组织的数量和形态有很大的不同：温度低于900℃时，晶粒度在8.0～8.5 级，魏氏组织量较少；温度在950℃～1000℃范围，晶粒开始长大、晶粒度在6.0-7.0范围，魏氏组织量增加；温度在1050℃～1100℃范围，晶粒粗化、晶粒度在3.5～5.0范围，铁素体针的尺度增大，魏氏组织级别明显增大。
应该指出，当钢的奥氏体晶粒较小，存在少量魏氏组织铁素体时，并不明显降低钢的力学性能，在这种情况下钢件仍可使用。只有当奥氏体晶粒粗大，出现粗大的魏氏组织铁素体时，才使钢的强度降低，特别是韧性显著下降。因此，在实际生产中为了有效消除魏氏组织，可以采取细化晶粒的正火、退火及锻造等工艺。
5.结语
以上具体分析了钢中形成魏氏组织的具体因素，因此我们可根据这些因素提出相应的预防消除措施：①调整合适的热处理温度，避免过高温度；②过快或过慢的冷却速度都会抑制它的形成，因此在生产中要避开形成魏氏体的冷却速度范围；③选择碳含量合适的钢材，并可以通过添加适当合金元素的方法控制魏氏组织的形成；④采取细化晶粒的正火、退火及锻造等工艺，消除粗大的奥氏体晶粒。
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