2.1 钢中的奥氏体
第二章 奥氏体的形成
临界点
• 同一炉亚共析钢的临界点的高低? • Ac3、 A3、 Ac1、 A1、 Arl、 Ar3
Ac3> A3 > Ar3 Ac1 > A1 > Arl A3 > A1 • Accm、 Acm、 Ac1、 A1、 Arl、Arcm?
2.2.1 共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理(重点)
2.2.1.1 奥氏体形核 奥氏体的晶核通常首先在铁素体与渗碳体的交界面上 形成。奥氏体晶核之所以在铁素体与渗碳体的交界面 形成，是因为界面处能够满足奥氏体形核的成分条件、 能量条件以及结构条件。
奥氏体也可能在珠光体团界、珠光体团与先共析铁素 体的界面形核。 快速加热时，由于转变在较高温度发生，奥氏体核可 优先在铁素体内亚晶界上形成。
构，紧密度高，故比体积最小。 （4）热强性好：奥氏体钢可作为高温用钢 。 （5）顺磁性：无磁性钢 。 （6）线膨胀系数高：用来制作要求热膨胀灵敏的仪表
元件 。 （7）导热性能差：奥氏体钢不宜用过大的速度加热。
9
2.1.3 奥氏体的形成条件
• 共析钢：加热到共析温度727℃时，珠光体可以全部 等温转变为奥氏体。
1.0 1.5 2.0
碳含量/w%
图2.2 奥氏体点阵参数与碳含量的关系
4
组织形态：
• 与原始组织、加热速度以及加热转变的程度等有 关；
• 一般均为颗粒状； • 非平衡态的含碳较低的钢以较低的速度加热到（a + g）两相区时可以得到针状奥氏体 ； • 加热转变刚结束时所得的颗粒状奥氏体晶粒比较 细小，晶粒边界呈不规则弧形。经过一段时间高温 保温后，奥氏体晶粒将长大，晶粒边界将通过平直 化而变直，呈等轴多边形。有的奥氏体晶粒内还可 能存在孪晶。
钢的奥氏体化的三个阶段
钢的奥氏体化的三个阶段钢是一种重要的金属材料，在工业和建筑领域中广泛应用。
而钢的性能与组织密切相关，其中奥氏体化是一种常见的钢材组织变化过程。
奥氏体化过程可分为三个阶段，下面将详细介绍这三个阶段。
第一阶段：奥氏体的形成奥氏体是钢中的一种组织，具有良好的塑性和韧性。
在钢的冷却过程中，当温度降至800℃以下时，钢中的铁原子开始发生排列变化，逐渐形成奥氏体。
这个过程称为奥氏体的形成。
在这个阶段中，由于钢中的铁原子排列变化，奥氏体开始出现在钢材的晶界和晶内，形成细小的奥氏体晶粒。
同时，钢材中的碳原子也开始从奥氏体中析出，形成铁素体。
这个阶段相当于钢材的退火过程，可以提高钢材的塑性和韧性。
第二阶段：奥氏体的生长在第一阶段中，奥氏体只出现在钢材的晶界和晶内，形成细小的晶粒。
而在第二阶段中，随着时间的推移，奥氏体开始生长并合并，逐渐形成大的奥氏体晶粒。
这个过程称为奥氏体的生长。
在这个阶段中，由于奥氏体晶粒的生长和合并，钢材中的铁原子排列变化得更加有序，奥氏体晶粒也变得更大。
此时，钢材的硬度和强度开始逐渐增加，但塑性和韧性却减少了。
第三阶段：奥氏体的再结晶在第二阶段中，钢材中的奥氏体晶粒越来越大，同时塑性和韧性逐渐减少。
为了提高钢材的塑性和韧性，需要进行再结晶处理。
这个过程称为奥氏体的再结晶。
在这个阶段中，钢材经过加热处理，使奥氏体晶粒重新分散，形成新的细小晶粒。
这个过程称为再结晶，可以提高钢材的塑性和韧性，同时保持一定的硬度和强度。
此时，钢材的组织已经较为稳定，可以进一步进行加工和使用。
奥氏体化过程是钢材中的一种重要组织变化过程。
这个过程可分为三个阶段：奥氏体的形成、奥氏体的生长和奥氏体的再结晶。
通过这个过程，可以改善钢材的组织结构，提高其性能，满足不同领域的需求。
简述钢的奥氏体化过程
简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、制造、交通等领域。
而钢的性能与其组织结构密切相关，其中奥氏体是钢中最重要的组织之一。
本文将简述钢的奥氏体化过程。
一、什么是奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体，具有良好的机械性能和塑性。
在钢中，奥氏体的形态、数量和分布对钢的性能起着决定性的影响。
二、奥氏体的形成钢的奥氏体化过程是指在适当的温度下，铁和碳发生固溶反应，形成奥氏体的过程。
奥氏体的形成与钢中的碳含量、温度等因素密切相关。
1. 碳含量钢中的碳含量越低，奥氏体的形成温度越低。
一般来说，碳含量低于0.8%的钢称为低碳钢，碳含量在0.8%-2.11%之间的钢称为中碳钢，碳含量高于 2.11%的钢称为高碳钢。
在低碳钢中，奥氏体的形成温度较低，而在高碳钢中，奥氏体的形成温度较高。
2. 温度温度是奥氏体形成的另一个重要因素。
在适当的温度下，钢中的碳和铁能够充分反应，形成奥氏体。
一般来说，奥氏体的形成温度在800℃-1000℃之间。
三、奥氏体的相变奥氏体的形成是一个相变过程，主要包括两个阶段：奥氏体的形核和奥氏体的长大。
1. 奥氏体的形核当钢中的温度达到奥氏体的形成温度时，奥氏体的形核开始进行。
形核是指在晶界或晶内形成奥氏体的起始过程。
形核的速度取决于温度和钢中的合金元素含量。
当温度升高或合金元素含量增加时，形核速度加快。
2. 奥氏体的长大奥氏体的长大是指形核后的奥氏体晶粒逐渐长大和增多的过程。
在奥氏体的长大过程中，晶界迁移、晶粒的吞噬和晶粒的再结晶等现象会发生，最终形成具有一定形状和尺寸的奥氏体晶粒。
四、奥氏体的应用奥氏体具有良好的塑性和韧性，因此在钢的制造和加工过程中，通常会通过控制奥氏体的形成来调节钢材的性能。
例如，在焊接过程中，通过控制焊接温度和冷却速度，可以获得不同形态和含量的奥氏体，从而实现钢材的强度和韧性的平衡。
奥氏体还可以通过热处理来改善钢材的性能。
热处理是指将钢材加热到适当的温度，保持一定时间后进行冷却，以改变钢材的组织结构和性能。
奥氏体 铁素体 不锈钢
奥氏体铁素体不锈钢1.引言1.1 概述奥氏体、铁素体和不锈钢是金属材料领域中常见的概念。
它们在工业生产和日常生活中都起着重要的作用。
奥氏体和铁素体是铁碳合金中的两种重要组织结构，而不锈钢则是一种具有抗腐蚀性能的特殊钢材。
奥氏体是一种由铁和一定量的碳组成的金属组织结构。
它的特点是具有良好的塑性和韧性，能够很好地适应外力的作用。
同时，奥氏体具有较高的硬度和强度，因此在一些需要承受较大压力或负荷的结构材料中广泛应用。
奥氏体形成的条件包括高温下的快速冷却和添加合适的合金元素等。
铁素体是另一种常见的金属组织结构，主要由铁和碳组成。
与奥氏体相比，铁素体的硬度和强度较低，但具有较好的可加工性和可锻造性。
铁素体常用于制造一些需要加工成型的零件和构件。
它形成的条件为低温下的慢速冷却和碳含量较高。
不锈钢是一种合金材料，主要由铁、铬和少量的碳等元素组成。
它具有抗腐蚀性、耐热性和耐磨性等特点，常用于制作厨具、化工设备和建筑材料等。
根据其组织结构和耐腐蚀性能的不同，不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢等。
本文将详细介绍奥氏体、铁素体和不锈钢的定义、特点、形成过程以及在工业和生活中的应用领域。
通过对这些材料的深入了解，可以更好地理解金属材料的性能和应用，并为相关产业的发展提供参考和指导。
1.2 文章结构本文将从三个方面详细介绍奥氏体、铁素体和不锈钢的定义、特点、形成以及应用。
下面是文章的具体结构。
第二部分正文将重点介绍奥氏体、铁素体和不锈钢。
首先，在2.1部分将详细阐述奥氏体的定义和特点。
我们将介绍奥氏体的晶体结构、化学成分以及其在不同条件下的形成方式。
此外，我们还将探讨奥氏体的应用领域，如在建筑、航空航天、汽车工业等方面的应用。
接着，在2.2部分，我们将对铁素体进行详细讲解。
我们将介绍铁素体的结构和成分，并探讨铁素体的形成机制。
此外，我们还将探讨铁素体在材料工程领域的广泛应用，包括在制造业、船舶、化工等领域中的应用。
奥氏体和马氏体的晶相
奥氏体（Austenite）和马氏体（Martensite）是两种常见的钢铁材料的晶相。
它们的形成和性质在材料学中有着重要的意义。
1. 奥氏体（Austenite）：
- 晶格结构：奥氏体属于面心立方（FCC）结构，其原子排列较为密集。
- 形成条件：在高温下，通常是钢的加热区域，铁和其他合金元素以面心立方结构存在。
- 性质：具有良好的韧性和塑性，适用于冷热加工。
然而，奥氏体相对较软，不适用于高强度要求的场合。
2. 马氏体（Martensite）：
- 晶格结构：马氏体属于体心立方（BCC）结构，其原子排列相对较开敞。
- 形成条件：在快速冷却的条件下，通常是通过淬火（quenching）或其他快速冷却方法，奥氏体结构迅速变为马氏体。
- 性质：具有高硬度和强度，但相对脆性较高。
马氏体的形成可以提高钢的硬度，适用于需要高强度和硬度的工程应用。
在实际材料制备中，通常会通过控制冷却速度来调节奥氏体和马氏体的比例，从而获得适合不同应用的材料性能。
例如，通过淬火可以使钢中的奥氏体转变为马氏体，提高钢的硬度，然后通过回火（tempering）来降低硬度，同时提高韧性。
总体而言，奥氏体和马氏体的晶相变化是钢铁材料工程中的重要调控因素，影响着材料的力学性能和适用范围。
材料热处理原理第二章 奥氏体的形成
• 奥氏体的形成速度：形核率I 和长大速度G
转变温度/℃
740 760 780 800
共析碳钢
形核率I /(1/mm3s)
长大速度 G/(mm/s)
2280
0.0005
11000
0.010
51500
0.026
616000
0.041
转变一半所需 时间/s 100 9 3 1
• T，形成速度增大
1. 奥氏体等温形成动力学
结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
C含量： 0.02% 6.69% 0.77%
奥氏体A(γ)
Acm A3
A1
奥氏体的形成： （1） 的点阵重构 （2）渗碳体的溶解 （3）C在中的扩散重新分布
1. 奥氏体形核
G -Vgv S V < 0
V•gv :新奥氏体与母相之间的体积 自由能之差，加热相变的动力
T，有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性。
1. 奥氏体等温形成动力学
• ②碳含量的影响
– 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度就愈快。
原因：
**碳含量增高时，碳化物数量增多，铁素体与渗碳体的相
界面面积增大，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增 大。
**同时，碳化物数量增多后，使碳的扩散距离减小， ** 随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大
1. 奥氏体等温形成动力学
• T
C / - C /
形核所需C浓度的起伏
，有利于提高形核率
• 因此，T，相变过热 度增加，形核急剧增 加 （I>G)，有利于形 成细小的奥氏体晶粒。
1.奥氏体等温形成动力学
(2) 长大速度G • 等温转变
G
奥氏体组织特征
奥氏体组织特征
奥氏体是一种具有特定结构和性质的金属相，其特征主要包括：
1. 结晶形态：奥氏体呈平面结晶，由较小的颗粒或板状晶粒组成。
2. 内部结构：奥氏体由铁和少量碳组成，其晶格结构呈现相对密排的面心立方结构（FCC），碳原子以溶解在铁基体内部。
3. 成分调整：奥氏体的碳含量对其性质和结构有影响，碳含量在0.02%-2.1%范围内，其中超过0.8%的高碳钢可以形成完全
奥氏体。
4. 硬度和强度：奥氏体相对较硬，其硬度和强度与碳含量和淬火方法有关，高碳钢奥氏体的硬度和强度更高。
5. 韧性：奥氏体的韧性较低，容易发生断裂，特别是高碳奥氏体。
6. 磁性：纯铁的奥氏体是非磁性的，但添加了一定量的碳会使奥氏体具有一定的磁性。
7. 相变：奥氏体在加热过程中发生相变，当温度超过奥氏体的临界点时，会转变为其他相（如铁素体、贝氏体等）。
总体而言，奥氏体具有硬度高、强度高、韧性较低以及一定的磁性等特征，这些特性使其在金属材料中具有重要的应用价值。
实验一钢的奥氏体晶粒度的测定
实验一钢的奥氏体晶粒度的测定一、实验目的1、学会用各种腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒；2、。
熟悉测定钢的奥氏体晶粒度的方法。
二、奥氏体晶粒度的概述奥氏体晶粒按其形成条件不同，通常可分为起始晶粒，实际晶粒与本质晶粒三种，它们的大小分别称为起始晶粒度、实际晶粒度与本质晶粒度。
（一）起始晶粒度在临界温度以上，奥氏体形成过程刚刚结束时的晶粒尺寸，称起始晶粒度。
（二）实际晶粒度在热处理（或热加工）的某一具体加热条件下所得到的奥氏体晶粒的大小称为实际晶粒度。
奥氏体转变终了后，若不立即冷却而在高温停留，或者继续升高加热温度，则奥氏体将长大。
因为上述过程在热处理时是不可避免的，所以奥氏体开始冷却时的晶粒（实际晶粒度）总要比起始晶粒大。
（三）本质晶粒度把钢材加热到超过临界点以上的某一特定温度，并保温一定时间（通常规定为930℃保温8小时），奥氏体所具有晶粒大小称为奥氏体本质晶粒度。
选用930℃是因为对于一般钢材来讲，不论进行何种热处理，如淬火、退火、正火、渗碳等，加热温度都在930℃以下。
如果在930℃保温8小时后，奥氏体晶粒几乎不长大，则在热处理过程中就不会出现粗大的奥氏体晶粒。
本质晶粒度即标志着在上述特定温度范围内，随着温度的升高，奥氏体晶粒的长大倾向：奥氏体晶粒显著长大的钢（得到奥氏体晶粒度为1一4级），定为本质粗晶粒钢；奥氏体晶粒长大不显著的钢（得到的奥氏体晶粒度为5一8级），定为本质细晶粒钢。
必须指出，本质晶粒度只是反映了930℃以下奥氏体晶粒长大倾向。
超过930℃后，本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒度很可能比本质粗晶粒钢的实际晶粒度还粗。
三、奥氏体本质晶粒度的显示方法钢在临界温度以上直接测量奥氏体晶粒大小一般是比较困难的，而奥氏体在冷却过程中又将发生相变。
因此如何在室温下（即在冷却转变后）显现出奥氏体晶粒的大小，就是需要解决的问题。
通常可采用以下几种方法来测定钢的晶粒度[3]。
（一）渗碳法适用于测定渗碳钢的本质晶粒度。
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2.1 奥氏体的组织结构
以往，将奥氏体定义为：碳溶入γ－Fe中的固溶 体。此定义不够严格。 奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。 严格地说：钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入γ－ Fe中所形成的固溶体。其中C、N等元素存在于奥氏 体的间隙位置。或者晶格缺陷处。而原子尺寸与Fe原 子相差不大的合金元素则固溶于替换位置。还有一些 化学元素吸附于奥氏体晶界等晶体缺陷处。
1).奥氏体组织
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶 粒内有孪晶。如图2－1a).b)所示。 图中出现的灰白不同的衬度是由于各晶粒暴露 在试样表面上的晶面具有不同的取向的缘故。
(a) T8 钢的奥氏体晶粒(暗场像) (b) 1Cr18Ni9Ti钢室温的奥氏体组织
(a)
(b)
2)、奥氏体的晶体结构（f.c.c）
碳原子的间隙有限固溶
实际上在 1147℃时，碳在奥氏体中的最大溶解度仅为 2.11 ％ （质量百分数），这是由于 γ － Fe 的八面体中心的间隙半径仅为 0.52Å，比碳原子的半径 0.86Å小。碳原子溶入将使八面体发生较 大的膨胀，产生畸变，溶入愈多，畸变愈大，晶格将不稳定，因 此不是所有的八面体中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。 如果图 4 － 2 所示的间隙位置都被碳原子占据，则一个晶胞中 含有4个铁原子和4个碳原子，则原子分数为50%,折合17.6wt％C， 已知： γ －Fe 中不可能溶入17.6wt％C 。 但是，实际上原子分数为 8.7at％C，即25个γ －Fe晶胞中有9 个碳原子。
2.2奥氏体的亚结构
1）孪晶亚结构
20CrMnMo钢奥氏体晶粒 中的退火孪晶（暗场像 （真空加热到1200℃后， 以200℃/min冷却到 800℃拍摄）
2）位错亚结构
密度约107/cm-2。
退火孪晶的几种形貌特征：
（1）晶界交角处（界隅） 形成的孪晶。有时孪晶线之 间存在夹角。 （2）横贯奥氏体晶粒的孪 晶。 （3）台阶型孪晶。 （4）不完整的半截式孪晶。
Wt%与at%的换算：
aB A元素的 at % 100 % aB bA bA B元素的 at % 100 % bA、B两元素的wt％
奥氏体成分的不均匀性
奥氏体中的碳和合金元素分布是不均匀的，均匀是 相对的，不均匀是绝对的。
加热速度和温度对w（c）=0.18%钢奥氏体碳含量不均匀的影响
3）奥氏体中的层错和位错亚结构
TEM 含氮奥氏体不锈钢中的层错（a）；奥氏体中的位错（b）
奥氏体中的亚结构对冷却时的相变将起 重要作用。
3）亚结构的形成
加热时珠光体转变为奥氏体，其亚结构是相变 晶格改组过程中形成的。非滑移，非孪生所致。 是平衡缺陷，在加热状态下不消失，能够稳定 存在。 孪晶，改变晶体长大方向，减少应变能。 层错，堆垛层错。