第2章_钢中奥氏体的形成剖析

奥氏体的线生长 速度包括向两侧 的推移速度
28
如果忽略铁素体与渗碳体的浓度梯度，则奥
氏体长大时的界面推移速度为
v
dC DC dx K C C
r
v C
形核率N 线生长速度v
有核相变的
形成速度 奥氏体
相变
等温条件下，N和v均可近似为常数
24
一、形核率
临界形核半径 临界形核功 均匀形核率
r* 2 Gv Gs
16 3 G* 3( G V G s )2
N Ce
Gm ' kT
e

G* kT
25
奥氏体形成温度T升高时
共析碳钢奥氏体形核率N与加热温度的关系
转变温 度 oC 740 760 780 800 形核率N [1/mm3s] 2280 11000 51500 616000
T↑→ N↑↑
原 因
26
16 3 G* 3( G V G s )2
N C 'e

Gm kT
e

G* kT
↑ΔGv
19
20
一般认为渗碳体的溶解是通过 Fe3C 中的碳原子 向γ中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散以及Fe3C向γ晶 体点阵改组来完成的。
21
四、奥氏体的均匀化
渗碳体溶解后， C原子不均匀 C原子趋 于均匀
继续加 热或保 温
C原子 扩散
22
奥氏来自百度文库的形成过程
形核
长大
渗碳体溶解
奥氏体均匀化
23
第四节 奥氏体等温形成动力学
最密排的点阵结构→比体积小。
铁原子的扩散系数小→热强性好→高温用钢。
线膨胀系数大→制作热膨胀灵敏的仪表元件； 导热性能差→不宜采用过大的加热速度，以免引起
工件变形。
8
第二节 奥氏体形成的热力学条件
当温度升高到 GSE线以上时， 都将得到单相奥 氏体。
C在PS之间 C浓度在SE之间
9

奥氏体转变的驱动力是新相奥氏体和母相之间的 体积自由能差。 相变阻力是界面能和弹性应变能。 相变过程中系统自由能变化
扩散来 不及
加热速度和冷却速度为 0.125℃/min时，临界点的移动
12
第三节 奥氏体的形成机制

0.02%C

Fe3 C 6.67%C
加热至Ac 以上 1 0.77%C
面心立方点阵

体心立方点阵 复杂斜方点阵
点阵结构相差很大
碳含量不一样
扩散、重新分 布及点阵重构
13
奥氏体转变过程：
第二章 钢中奥氏体的形成
为了使钢件经热处理后能够获得所需的组织
和性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普 通退火）都需先将钢件加热至临界点以上，使之 转变为奥氏体（称为奥氏体化），然后再以一定 的方式冷却使之转变为所需组织。钢加热时形成
的奥氏体组织形态对热处理后的组织和性能有很
大的影响。
1
第一节 奥氏体的结构、组织和性能
奥氏体晶核形成
奥氏体晶核长大
奥氏体成分均匀化
渗碳体溶解
14
一、奥氏体形核 形核位置？
① 珠光体团 边界 ② 铁素体和 渗碳体交 界面 ③ 珠光体团 与先共析 铁素体之 间的界面

过冷度较小：珠光体团边界、铁素体 / 珠光体 界面
15

另外，在快速加热时，因为相变过热度大， 奥氏体临界晶核半径小，奥氏体成分范围大，所 以它也可以在铁素体内部的亚晶界上形核。


奥氏体的结构 奥氏体组织 奥氏体的性能
2
一、奥氏体的结构
奥氏体是C在γ-Fe中 的固溶体。 C原子在γ-Fe点阵中处 于面心立方晶胞的中心或 棱边中点。 一个面心立方晶胞中含有 4 个Fe原子。 如果所有间隙位置都填满 C原子的话，一个晶胞中 含有 4 个C原子。
3
但实际上，奥氏体的最大碳含量原子百分比为 10％，说明C原子不可能是填满的状态。这是因为 C原子进入间隙位置后将引起点阵畸变，使其周围 的间隙位置不可能都填满C原子。 同时C原子的加入会增加奥氏体的晶格参数。
↓形核功△G* 促进点阵重构
↑形核率N
T↑
↑扩散系数
↑形核
↑渗碳体的溶解 ↓(Cγ/α-Cα/γ) ↓所需的碳浓度起伏
↑形核
形核急剧增加，有利于形成细小的奥氏体晶粒
27
二、线生长速度
奥氏体的线生长速度与奥氏体的长大机制有关。
长 大 速 度
碳在铁素体中的扩散 碳在奥氏体中的扩散
奥氏体位于 铁素体和渗 碳体之间
珠光体（P）和奥氏体（γ）自 相变必须在有过热（过冷） 由能和温度的关系示意图 的条件下才能进行
原因？？
阻力
11
加热(冷却)速度对临界点影响
加热（冷却）速度 越大，过热（过冷） 程度也越大。 加热和冷却时发生 转变的温度（即临界 点）不在同一温度。 加热时的临界点： Ac1，Ac3，Accm, 冷却时的临界点： Ar1，Ar3，Arcm
16
二、奥氏体晶核的长大
实质 ——γ/α 界面 和 γ/Fe3C 界 面 向 铁素体和渗碳体 推移的过程。
17
Cα> Cγ 铁素体转变成奥氏体降 低C含量 Cγ-c> Cγ-α
C原子从γ/c界面向γ/α界
面扩散，使渗碳体溶解， 界面推进
18
三、渗碳体的溶解
在奥氏体晶体长大过程中，由于γ/Fe3C相界面 处的碳浓度差（Ccem/γ－Cγ/cem）远远大于γ/α相界 面处的碳浓度差（Cγ/α－Cα/γ），所以只需溶解一 小部分渗碳体就可以使其相界面处的奥氏体达到 饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面 处奥氏体的碳浓度趋于平衡。 所以，长大中的奥氏体溶解铁素体的速度始终 大于溶解渗碳体的速度，故在共析钢中总是铁素 体先消失，有剩余渗碳体残留下来。
4
5
二、奥氏体的组织
奥氏体的组织通常是由等轴状的多边形晶粒 所组成，晶内常可出现孪晶组织。
6
三、奥氏体的性能
奥氏体是钢中的高温稳定相，但若钢中加 入足够量的能够扩大γ相区的元素，则可使奥氏 体在室温成为稳定相。因此，奥氏体可以是钢
在使用时的一种组织状态，以奥氏体状态使用
的钢称为奥氏体钢。
7
Fcc结构→塑性→加工成形性好。

G =VGV + S+ VGs
奥氏体是在高温下形成，其弹性应变能很小，因 此其相变阻力主要是界面能。
10
共析钢奥氏体和珠光体 的体积自由能随温度的 变化曲线：交于Α1点 （727°C） ① 727°C时，两相自由能 相等，相变不会发生 ② 高于 A1 时， ΔGv 为负值， 珠光体将转变为奥氏体。 ③ 低于A1时，奥氏体将转 变为珠光体。