奥氏体
奥氏体
奥氏体：碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
回火：是将淬火钢加热到低于临界点A1某一温度，保温一定时间后，以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺退火：是将钢加热到临界点Ac1 以上或以下温度，经保温后缓慢冷却下来（一般为随炉冷却或埋入石灰中），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
退火的目的是：1、降低硬度，便于切削加工；2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火做好准备；3、消除内应力正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温以后在空气中冷却得到珠光体类型组织的热处理工艺。
淬火：是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却，使奥氏体转变为马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。
加热温度亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30~50℃；共析、过共析钢为Ac1以上30～50℃淬透性与淬硬; 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。
不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。
淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。
钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素：①化学成分c曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。
对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其c曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。
除co和al（＞2.5%）以外的大多数合金元素都使c曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。
②奥氏体化温度温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。
退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范围。
答：（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。
2.1 钢中的奥氏体
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）
奥氏体化名词解释
奥氏体化名词解释
奥氏体名词解释如下：
奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
1、奥氏体是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
2、当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物叫贝氏体或贝茵体。
3、马氏体是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
马氏体的晶体结构为体心四方结构。
4、珠光体是铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物用符号“P”表示。
碳素钢中珠光体组织的平均碳含量约为0.77% 。
5、索氏体指的是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物。
索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体(GB/T7232标准)。
6、通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。
是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细。
钢经淬火后在300~450℃回火所得到的屈氏体称为回火屈氏体。
奥氏体
奥氏体——碳溶解在Y-Fe中的间隙固溶体，它仍然保持Y-Fe的面心立方晶格，景界比较直，呈规则多边形，淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的间隙处，不具有磁性。
马氏体——晶体结构为体心四方结构，中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织，是碳在ɑ-Fe中的过饱和固溶体。
铁素体-——碳溶解在ɑ-Fe立方晶格中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。
渗碳体——碳与铁形成的一种化合物Fe3C,一般含碳6.67&。
珠光体——奥氏体冷却时，在727度发生共析转变的产物，碳质量分数平均为W c=0.77%.
4 金属材料热处理
根据加热，保温和冷却工艺方法的不同，热处理工艺大致分为整体热处理，表面热处理，化学热处理。
2 超耐热合金
1 高熔点只是超耐热合金的一个必要条件。
2 超耐热合金的分类
（1）铁基超耐热合金
（2）镍基超耐热合金
（3）钴基超耐热合金
3提高超耐热合金性能的途径
提高超耐热合金高温强度和耐腐蚀性通常通过两种途径，即改变合金的组织结构和采用特种工艺技术。
3超低温合金
1 超低温对材料的特殊要求（1）防止低温脆性
（2）需要具备低温下的热性能（3）必须是非磁性合金。
奥氏体
科技名词定义
中文名称：奥氏体
英文名称：austenite
定义：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。
应用学科：
机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；
机械工程(2)一般热处理名词（三级学科）
奥氏体简介
英文名称：austenite
晶体结构：面心立方（fcc）
字母代号：A、γ
定义：碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体
命名：为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(1843～1902)对金属科学中的贡献而命名。
微观表述：γ－Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51×10－8cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时，γ－Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时其溶碳量为0.77%。
性能特点：奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。
不具有铁磁性。
因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。
古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。
另外，奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
奥氏体解释
碳溶解在γ铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。
奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
在合金钢中除碳之外，其他合金元素也可溶于奥氏体中，并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。
例如，加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织，即所谓奥氏体钢。
奥氏体的形成
45-39
(2 8)
随加热温度升 高,奥氏体晶粒长大 速度成指数关系迅速 增大. 加热温度升高 时,保温时间应相应 缩短,这样才能获得 细小的奥氏体晶粒.
图2-21 奥氏体晶粒大小与加热 温度,保温时间的关系
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(2)加热速度的影响
加热速度越大,奥氏体的实际形成温度 越高,形核率与长大速度之比(N/G)随 之增大,可以获得细小的起始晶粒度. 快速加热并且短时间保温可以获得细小 的奥氏体晶粒度. 如果此时长时间保温,由于起始晶粒细 小,加上实际形成温度高,奥氏体晶粒很 容易长大.
45-31
公式(2-6)的推导:
面积为A的晶界如果移动dx 距离时,体系总的Gibbs自由 能变化为dGt ,则沿x方向有力 P作用于晶界上,构成晶界移 动的驱动力. 图2-13中A,B晶粒间的晶界 构成一曲率半径为R的球面.
图2-13 双晶体中的A,B 两晶粒,其中B晶粒呈球 状存在于A晶粒中.
图2-2 Fe-C 相图
45-2
2.1.2 奥氏体的性能 奥氏体的比容最小,线膨胀系数最大,且为顺 磁性(无磁性).利用这一特性可以定量分析奥 氏体含量,测定相变开始点,制作要求热膨胀灵 敏的仪表元件. 奥氏体的导热系数较小,仅比渗碳体大.为避 免工件的变形,不宜采用过大的加热速度. 奥氏体塑性很好,σS 较低,易于塑性变形. 故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行.
45-3
2.1.3 奥氏体形成的热力学条件
G = Gv + Gs+ Gve - Gd ---- 在晶体缺陷处形核 引起的自由能降低 相 变 必 须在一定的过热 度T下,使得GV <0,才 能得到G<0.所以相变必 须在高于 A1 的某一温度下 才能发生,奥氏体才能开 始形核. 图2-3 自由能和温度关系图
奥氏体的形成
RP
P 2
R
(2 6)
比界面能
R 球面曲率半径，如为平
图2-12 球面晶界长 大驱动力示意图
直晶界，R ，P 0。
公式2-6的推导:
面积为A的晶界如果移动dx 距离时,体系总的Gibbs自由能 变化为dGt ,则沿x方向有力P作 用于晶界上,构成晶界移动的驱 动力.
图2-13中A、B晶粒间的晶界 构成一曲率半径为R的球面.
2.2.4 连续加热时奥氏体的形成特点
图2-9 珠光体向奥氏体转变动力学曲线
奥氏体形成是在一个温度范围内完成的.
随加热速度增大,转变趋向高温,且转变温度范围 扩大,而转变速度则增大.
随加热速度增大,C,Fe原子来不及扩散,所形成的 奥氏体成分不均匀性增大.
快速加热时,奥氏体形成温度升高,可引起奥氏体 起始晶粒细化；同时,剩余渗碳体量也增多,形成奥 氏体的平均碳含量降低.
八面体间隙半径 0.52 Ǻ 碳原子半径 0.77 Ǻ →点阵畸变
图2-1 奥氏体的单胞
奥 氏 体 相 区 ： NJESGN包围的区域
GS线 ---- A3线 ES线 ---- Acm线 PSK线 ---- A1线
碳在奥氏体中的最大 溶 解 度 为 2.11wt% (10at%)
碳原子的溶入使 γ-Fe 的点阵畸变，点阵常数 随碳含量的增加而增大
形成温度升高,N的增 长速率高于G的增长速 率,N/G增大,可获得细小 的起始晶粒度.
形 成 温 度 升 高,Gγ→α/Gγ→k 增大,铁素 体消失时,剩余渗碳体量 增大,形成奥氏体的平均 碳含量降低.
图2-8 奥氏体等温形 成动力学曲线
影响奥氏体等温形成速度的因素：
1.加热温度的影响 1加热温度升高,∆T增大,形核速度I和长大速度G均增加； 2加热温度升高,奥氏体形成的孕育期变短,相变时间变短 3加热温度升高,奥氏体界面浓度差∆C减小,向F体和Fe3C的长大
铁素体奥氏体渗碳体珠光体马氏体
深入探讨金属学中的重要概念一、介绍在金属学中，铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体是极为重要的概念，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
本文将深入探讨这些概念，并对其进行全面评估，以便读者能够更好地理解它们。
二、铁素体铁素体是指铁和碳组成的固溶体，是一种具有面心立方结构的金属组织。
在铁碳合金中，当温度高于A3点时，铁的组织结构为铁素体。
铁素体的性质稳定，具有较好的塑性和韧性，是一些重要金属材料的基本组织形式。
三、奥氏体奥氏体是另一种铁碳合金的组织形式，其结构为面心立方。
当温度低于A1点时，铁的组织结构为奥氏体。
奥氏体具有较高的硬度和强度，但塑性和韧性较差。
在一些要求高强度的金属材料中，奥氏体是重要的组织形式。
四、渗碳体渗碳体是指在铁素体或奥氏体内部溶解了一定量的碳，形成固溶体的金相。
渗碳体的形成可以显著提高金属材料的硬度和强度，但会降低其塑性和韧性。
在热处理过程中，渗碳体的形成可以有效改善金属材料的性能。
五、珠光体珠光体是一种由铁素体和渗碳体相互交替排列形成的组织形式，具有条纹状的外观。
珠光体在金属材料中起着重要的强化作用，可以显著提高材料的硬度和强度。
在一些对耐磨性要求较高的金属制品中，珠光体是重要的组织形式。
六、马氏体马氏体是一种在金属材料中由奥氏体或铁素体经过相变而形成的组织形式，具有高硬度和弹性，是一些高强度金属材料的重要组织形式。
马氏体的形成可以显著提高金属材料的强度和耐磨性。
七、总结与回顾通过对铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体的全面评估，我们可以更好地理解这些重要的金属学概念。
铁素体和奥氏体是金属材料的两种基本组织形式，渗碳体、珠光体和马氏体则是在热处理过程中形成的重要组织形式，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
八、个人观点与理解在我看来，对于金属学中的这些重要概念，我们需要深入学习和理解其形成的原理、性质和应用，这对于提高金属材料的设计、加工和应用水平具有重要意义。
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奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，[1]通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
奥氏体的名称是来自英国的冶金学家罗伯茨·奥斯汀（William Chandler Roberts-Austen）。
奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。
奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
[2]
组成成分
编辑
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni、Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
[2]
晶体结构
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奥氏体为面心立方结构，碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。
假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子，则碳的最大溶解度应为50%（摩尔分数），相当于质量分数约20%。
实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为
2.11%（质量分数），这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm，比碳原子的半径
0.086nm小。
碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变，溶入越多，畸变越大，
晶格将不稳定，因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。
碳原子溶入奥氏体中，使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀，点阵常数随着碳含量的增加而增大。
大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等，在ˠ-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。
替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同，有的可无限溶解，有的溶解度甚微。
少数元素，如硼仅存在于浸提缺陷处，如晶界、位错等。
[3]
主要性能
编辑
奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥氏体的体积质量比钢中铁素体、马氏体等相的体积质量小。
因此，钢被加热到奥氏体相区时，体积收缩，冷却时，奥氏体转变为铁素体—珠光体等组织时，体积膨胀，容易引起内应力和变形。
奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性好，屈服强度低，易于加工塑性成形。
因此，钢锭，钢坯，钢材一般被加热到1100˚C以上奥氏体化，然后进行锻轧，塑性加工成材或加工成零部件。
一般钢中的奥氏体具有顺磁性，因此奥氏体钢可以作为无磁性钢。
然而特殊成分的Fe—Ni软磁合金，也具有奥氏体组织，却具有铁磁性。
奥氏体导热性差，线膨胀系数大，比铁素体和渗碳体的平均线性膨胀系数高约一倍。
故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
在碳素钢中，铁素体，珠光体，马氏体，奥氏体和渗碳体的导热系数分别为77.1,51.9,29.3,14.6和4.2。
可见，除渗碳体外，奥氏体的导热性最差，尤其是合金度较高的奥氏体钢更差，所以，厚钢件在热处理过程中应当缓慢冷却和加热，以减少温差热应力，避免开裂。
[4]
形成机理
编辑
共析钢奥氏体冷却到临界点A1以下温度时，存在共析反应：A---F+Fe3C。
加热时发生逆共析反应：F+Fe3C----A。
逆共析转变是高温下进行的扩散性相变，转变的全过程可以分为四个阶段，即：奥氏体形核，奥氏体晶核长大，剩余渗碳体溶解，奥氏体成分相对均匀化。
各种钢的奥氏体形核形成过程有一些区别，亚共析钢，过共析钢，合金钢的奥氏体化过程中除了奥氏体形成的基本过程外，还有先共析相的溶解，合金碳化物的溶解等过程。
奥氏体形成的热力学条件：必须存在过冷度或过热度∆T。
[4]
奥氏体形核
奥氏体的形核位置通常在铁素体和渗碳体两相界面上，此外，珠光体领域的边界，铁素体嵌镶块边界都可以成为奥氏体的形核地点。
奥氏体的形成是不均匀形核，复合固态相变的一般规律。
一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形核。
这是由于铁素体碳含量极低（0.02%以下），而渗碳体的碳含量又很高（6.67%），奥氏体的碳含量介于两者之间。
在相界面上碳原子有吸附，含量较高，界面扩散速度又较快，容易形成较大的浓度涨落，使相界面某一区域达到形成奥氏体晶核所需的碳含量；此外在界面上能量也较高，容易造成能量涨落,以
便满足形核功的要求；在两相界面处原子排列不规则，容易满足结构涨落的要求。
所有涨落在相界面处的优势，造成奥氏体晶核最容易在此处形成。
奥氏体的形核是扩散型相变，可在铁素体与渗碳体上形核，也可在珠光体领域的交界面上形核，还可以在原奥氏体晶核上形核。
这些界面易于满足形核的能量，结构和浓度3个涨落条件。
奥氏体晶核的长大
加热到奥氏体相区，在高温下，碳原子扩散速度很快，铁原子和替换原子均能够充分扩散，既能够进行界面扩散，也能够进行体扩散，因此奥氏体的形成是扩散型相变。
剩余碳化物溶解
铁素体消失后，在t1温度下继续保持或继续加热时，随着碳在奥氏体中继续扩散，剩余渗碳体不断向奥氏体中溶解。
奥氏体成分均匀化
当渗碳体刚刚全部融入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，只有经历长时间的保温或继续加热，让碳原子急性充分的扩散才能获得成分均匀的奥氏体。
[4]
影响因素
编辑
影响奥氏体形成速度的因素
1. 加热温度
随加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，使得奥氏体化速度大大增加，形成所需时间缩短。
2. 加热速度
加热速度越快，孕育期缩短，奥氏体开始转变的温度和转变终了的温度越高，转变终了所需的时间越短。
3. 合金元素
钴、镍等加快奥氏体化过程；
铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程；
硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。
由于合金元素的扩散速度比碳慢得多，所以合金钢
的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
4. 原始组织
原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，且渗碳体间距越小，转变速度越快，同时奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大，所以长大速度更快。
球化退火态的粒状珠光体，其相界面较少，因此奥氏体化最慢。
影响奥氏体晶粒长大的因素
1. 加热温度和保温时间
由于奥氏体晶粒长大与原子扩散有密切关系，所以随着温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。
2.加热速度
加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小。
生产上常采用快速加热短时保温工艺来获得超细化晶粒。
3.钢的化学成分
在一定的含碳量范围内，奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。
C%高，C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的自扩散速度均增加，奥氏体晶粒长大倾向增加，但C%超过一定量时，由于形成Fe3CⅡ，阻碍奥氏体晶粒长大。
钢中加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，有利于得到本质细晶粒钢，因为碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。
锰和磷促进晶粒长大。
强碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔点较高，它们弥散分布在奥氏体中阻碍奥氏体晶粒长大；非碳化物形成元素Si、Ni等对奥氏体晶粒长大影响很小。
4.原始组织
一般来说，钢的原始组织越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体晶粒越细小。
[4]
应用领域
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奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多、使用量最大的一种（约占整个不锈钢产量的65~70%）。
最常用的奥氏体不锈钢是Fe-Cr-Ni 系合金（即美国的AISI300 系）；
Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美国AISI200 系）；特殊奥氏体不锈钢等三种。