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1.6球化退火工艺的影响因素
1.6.1球状碳化物的形成过程
在适当条件下碳化物呈球状化是一种自发倾向，因为这样可以得到此平衡条件下的最低表面能。
在第1种球化法即Ac1以下长时间加热法中，根据球化前原始组织的不同，球化处理时的组织变化过程也不相同。如原始组织为马氏体和贝氏体等，球化过程是从这些非平衡组织的基体上析出碳化物并成长为球状的过程。如果原始组织为片状珠光体，若在Ac1温度以下发生球化，则是通过溶解与沉积的碳扩散过程使片状渗碳体首先分断然后逐渐长成球状。片状珠光体在Ac1以下的球化过程示意图如图1.6.1.a所示。
球化时的所谓溶解和沉积过程，简单来说就是在一定温度下渗碳体中的碳原子与周围固溶体(A1以下为铁素体)的碳原子处于动态平衡状态，这样平衡着的碳浓度与渗碳体的曲率半径有关，渗碳体尖角部位的碳原子较易迁走，所以尖角周围的铁索体比靠近渗碳体平直部位的铁素体具有较高的碳浓度，这必将引起铁素体内碳的扩散而打破了动态平衡，为了保持这种动态平衡，必然导至渗碳体尖角继续溶解并在其平直部位沉积析出，如此不断进行，最后形成曲率半径相近的球状碳化物。片状渗碳体的分断和球化都离不开溶解和沉积过程。
片状珠光体中一般也存在着位错和亚晶界，这是因为珠光体的两个相热膨胀系数不同，在冷却时所引起的畸变造成的。图片1.6.3a、b，是T8钢片状珠光体电镜照片，可以看到轻微的位错和亚晶结构。渗碳体片之所以能被分断就是因为珠光体存在着位错和亚晶等缺陷，分断是在这些缺陷上产生的。渗碳体的分断过程如图1.6.1b所示，渗碳体中亚晶界形成的凹坑两侧比其他平直部分具有较小的曲率半径。因此亚晶界两侧的渗碳体尖角逐渐溶解并在附近平直的渗碳上沉积析出。尖角的溶解使其曲率半径增大，这样又破坏了此处相界表面张力的平衡，为保表面张力的平衡，凹坑将继续被溶解而加深。在渗碳体片的另一面也发生上述溶解析出过程。如此不断进行直至渗碳体片溶穿而断开。分断现象在渗碳体中位错密度高的区域也会发生。
分断后的渗碳体块也通过溶解和沉积过程使尖角逐渐溶解，平直部分因沉积而逐渐鼓出，最后变为球形。这一转变过程如图1.6.1c所示。图片1.6.2是我们测试的GCr15钢片状珠光体在725℃转变为粒状珠光体的电镜照片。
另外，片状珠光体的钢进行塑性变形后在Ac1以下温度加热，或在Ac1附近进行塑性变形，由于增加了渗碳体和铁素体的位错密度和亚晶界的数量或使渗碳体片折断而大大加快了渗碳体分断和球化速度。例如T8钢在如下温度和压缩率下进行变形：600℃10%、600℃40%,680℃10%、680℃70%、730℃10%，其球化程度的电镜照片分别如图片1.6.3.c、d，e、f、g、h所示。可以看到，随变形温度和变形量的提高，位错密度增加，渗碳体变形折毁程度加大，球化愈趋完全。680℃70%的变形和730℃10%的变形过程中几乎已完全球化。
图1.6.1 片状渗碳体的分裂和球化过程示意图
图1.6.2片状珠光体在Ac1以下变为粒状 珠光体的电镜扫描照片（5000X）
图1.6.3 T8钢退火及在Ac1以下塑性加工球化状态的电镜照片（36000X）
第2种球化法即生产中常用的缓冷法和等温球化法的球化过程是在加热到奥氏体化时使其保留相当数量的未溶的残留碳化物，在随后冷却时，以这些残留碳化物为核心析出碳化物并成长为球状。退火时在Ac1～Acm之间保温，二次碳化物部分溶入奥氏体，未溶者被周围奥氏体包围，它和奥氏体之间的碳浓度也处于动态平衡，因此也通过溶解与沉积的扩散过程进行球化。在此温度下的珠光体组织也不会立刻就变成奥氏体，而是如图1.6.4所示的那样，随着奥氏体的形成，铁素体逐渐转变成奥氏体，而逐渐断开的渗碳体的溶解是非常缓慢的。因此在实际球化退火条件下，总有相当数量的未溶碳化物残留下来，这些残留碳化物在冷却时作为球状碳化物的析出核心而起着关键作用。只要冷却条件适当就可获得球状珠光体。