第2章钢在高温加热时的奥氏体转变
2第二章 奥氏体及其形成n
金属固态相变
2.1 奥氏体的组织结构和性能
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。
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。 奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。
图2-5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
金属固态相变
Wt%与at%的换算：
A元素的at％＝ B元素的at％＝
☓100% ☓100%
A、B为原子量；a，b分别为A、B两元素的wt％
金属固态相变
2.1.5奥氏体的性能
(1)奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥 氏体的比容最小(与F、M比较)。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。 (2)奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性好， 屈服强度低，易于加工塑性变形。钢锭或钢坯一般 被加热到1100℃以上奥氏体化，然后进行锻轧， 塑性加工成材。
图415085c钢在不同加热速度下的加热曲线连续加热平衡加热的热分析曲线示意图金属固态相变在快速加热情况下碳化物来不及充分溶解碳和合金元素的原子来不及充分扩散因而造成奥氏体中碳合金元素浓度分布很不均匀金属固态相变40在实际生产中可能因为加热速度快保温实际短而导致亚共析钢淬火后得到碳含量低于平均成分的马氏体
第2章 奥氏体及其形成
引言
钢被加热到奥氏体相区，得到奥氏体组织。 奥氏体状态，包括奥氏体晶粒大小，亚结构，成分， 均匀性以及是否存在其他相、夹杂物等，对于在随 后冷却过程中得到的组织和性能有直接的影响。 熟悉钢中的奥氏体的形成机理，掌握获得奥氏体状 态的方法，具有重要的实际意义和理论价值。
金属热处理思考题
《金属热处理》思考题第二章钢在加热时的转变1．说明A1、A3、Acm、Ａc1、，Ac3、Accm、Ａr1、Ａr3、Ａrcm各临界点的意义。
2．奥氏体形成的全过程经历了那几个阶段？简答各阶段的特点。
3．奥氏体的形核部位在哪里优先及条件？4．哪些因素影响（及如何影响）奥氏体的形成速度？其中最主要的因素是什么？5．为什么说钢的加热相变珠光体向奥氏体转变的过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。
6．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？7．什么是奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度？8．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？9．钢件加热时欠热，过热，过烧有何不同？能否返修？10.奥氏体是高温相，在一般钢中冷却下来就已经不存在了，谈论Ａ体晶粒大小，还有什么实际意义？11.钢件加热时过热会造成什么不良后果？12. 什么是珠光体向奥氏体转变过热度？它对钢的组织转变有何影响？第三章珠光体转变与钢的退火和正火１．简述珠光体的形成过程。
２．什么是珠光体？性能如何？如何获得珠光体？３．珠光体有哪几种组织形态？片状珠光体的片间间距决定于什么？它对钢的性能有何影响？４．珠光体的形成条件、组织形态和性能方面有何特点？５．粒状珠光体，片状珠光体（粗片状与细片状），回火马氏体转变为奥氏体时共转变速度有何差别？６．亚共析钢中铁素体和过共析钢中渗碳体有哪几种组织形态？它们对性能有何影响？７．若共析钢加热到Ａ体状态，然后进行等温转变和连续冷却转变，均获得片状珠光体，但其组织特征有何区别？８．为什么说钢的珠光体转变过程受碳扩散的控制? 用图示加以说明。
９．分析渗碳体球化过程的机制和高碳钢要进行球化退火的原因。
１０．45钢制零件820℃加热后分别进行退火和正火，其显微组织有什么不同？性能有什么不同？１１．何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？１２．正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？第四章马氏体转变１．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？２．马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？３．钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变，马氏体相变有何特点？４．条状Ｍ体和片状Ｍ体在强度，硬度，韧性等方面的性能差异如何？５．0.2%Ｃ，1.0%Ｃ钢淬火后的Ｍ体形态和亚结构有什么异同？６．钢中常见的马氏体形态和亚结构有哪几种？７．Ｍ体的强化机构有哪几个方面？８．Ｍs点位置高低有什么实际意义？它受哪些因素的影响？其中主要的因素是什么？９．淬火钢中Ａ残的存在有什么影响？决定Ａ残量的因素有哪些？在热处理操作上如何控制？１０．试分析如何通过控制热处理工艺因素提高中碳钢件和高碳钢件的强韧性。
原理第45章钢中奥氏体的形成
b、对于亚共析钢，加热速度提高，淬火后得到低于平均成分的马氏体及未 经转变完全的F 和碳化物，应该避免；
c、对于过共析钢，加热速度提高，淬火后得到低于共析成分的低、中碳马 氏体及剩余碳化物，有助于马氏体韧化，有利于实际生产。
第二章 钢中奥氏体的形成
图2.4 C原子在γ-Fe 点阵中可能存在的间隙位置
第二章 钢中奥氏体的形成
3）奥氏体的性能
奥氏体可以在室温成为稳定相（合金元素、奥氏体不锈钢）。 奥氏体的硬度和屈服强度均不高，因面心立方点阵滑移系统多，奥氏体的塑性
很好，易于变形，即加工成形性好； 面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，奥氏体的比容最小； 奥氏体中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体钢的热强性好，
综上所述，奥氏体的形成过程可以分为四个阶段：
第二章 钢中奥氏体的形成
非共析钢的奥氏体化过程
和共析钢的奥氏体化对比，非共析钢的奥氏体化过程分两步进行，首先完 成P→A，这与共析钢相同；然后是先析相的奥氏体化过程。这些都是靠原子扩 散实现的。
值得指出的是，非共析钢的奥氏体化碳化物溶解以及奥氏体均匀化的时间 更长。
为了维持原来相界面处的局部碳浓度平衡，在/Fe3C相界面处的渗碳体必须 溶入奥氏体以供应碳量，使其碳浓度恢复至 C/cem ；与此同时，在 / 相界面处 的铁素体必须转变为奥氏体，使其碳浓度降至C / ，这样，奥氏体的两个相界面 便自然地同时向渗碳体和铁素体中推移，使奥氏体不断长大。
综上所述，奥氏体中的碳浓度差是奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形核 的必然 结果，它是相界面推移的驱动力，相界面推移的结果是 Fe3C不断溶解， 相逐渐转变为相。
13-14第二章 奥氏体形成
X100倍 晶粒度
奥氏体晶粒度有三种：
① 初始晶粒度 ---- 奥氏体形成刚结束， 其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大 小。初始晶粒一般很细小，大小不均， 晶界弯曲。
② 实际晶粒度 ---- 钢经热处理后所获得 的实际奥氏体晶粒大小。
③ 本质晶粒度 ---- 表示钢在一定加热条件下奥 氏体晶粒长大的倾向性。
- 十秒 - 几百秒 - 千秒 - 万秒
具体分析：
两个平衡的打破与再平衡： ① A相内部平衡：成分均匀化 ② A –F两相界面之间、A- Fe3C两相界面之间的平衡
阶段（2）原因：
A 形核后出现γ–α、γ-Fe3C 界面，界面 C% 由相 图确定，分别为 Cγ-α、Cγ-K、Cα-γ、Cα-K → ① A 内部存在 C 浓度梯度→C 从A-Fe3C界面附近向 A-F 界面附近扩散→Cγ-K↓，Cγ-α↑→
③ 性能：顺磁性；比容最小； 塑性好；线膨胀系数
F + Fe3C 成分(C%) 0.0218 6.69
→ A (727 ℃) 0.77
结构
体心立方 复杂斜方 面心立方
说明奥氏体化中须两个过程： ① C 成分变化： C 的扩散 ② 铁晶格改组： Fe 扩散
k ---- 玻尔兹曼常数，1.38X10-23 J/K
∆G* ---- 临界形核功； Q ---- 扩散激活能
P→A的相变，是升高温度的相变，温度升高时， ∆G*↓，Q↓，故形核率 N 增大。
2.2.2 奥氏体线长大速度
dC 1
1
GD (
)
(2
dx C C K
G ——长大线速度，单位 mm/s 碳在奥氏体中的扩散系数 D=D0exp(-Q/RT)
学习奥氏体化四过程的意义： 实际热处理中并不一定要求奥氏体的扩散
共析钢加热时,珠光体转变为奥氏体的过程_概述说明
共析钢加热时,珠光体转变为奥氏体的过程概述说明1. 引言1.1 概述共析钢是一种重要的金属材料，在工业领域应用广泛。
在制备和加热过程中，共析钢的组织会发生相变现象，其中最主要的转变是珠光体向奥氏体的转变。
这个转变过程对于共析钢的性能和性质具有重要影响，因此深入研究珠光体向奥氏体转变的机理和控制方法具有重要意义。
1.2 文章结构本文将从三个方面介绍共析钢加热时珠光体向奥氏体转变的过程。
首先，我们将概述共析钢珠光体和奥氏体之间的相变关系，并介绍组织特点和相变规律。
其次，我们将探讨影响珠光体向奥氏体转变的因素，包括加热温度、合金元素等。
最后，我们将详细介绍珠光体到奥氏体转变的动力学和热力学机制。
1.3 目的本文旨在系统地总结并分析共析钢加热时珠光体向奥氏体转变的过程，并提出相关实验方法与控制策略。
通过对已有研究的综合评价，我们将展望未来可能的研究方向，为共析钢相变行为的控制与应用提供参考。
接下来，将详细介绍第二部分内容，即“2. 共析钢的珠光体与奥氏体转变过程”。
2. 共析钢的珠光体与奥氏体转变过程2.1 共析钢的组织特点与相变规律共析钢是一种由珠光体和奥氏体组成的复合材料。
珠光体是一种具有层状结构的晶体，具有优异的韧性和强度；而奥氏体则是一种具有六角紧密堆积结构的晶体，具有较高的硬度和磁性。
在共析钢中，珠光体和奥氏体之间存在着相变现象，主要表现为加热时珠光体向奥氏体转变，降温时则呈反向转变。
这种相变过程对于共析钢的性能起着重要作用，并且在许多工业应用中都需要进行控制和调控。
2.2 加热过程中珠光体向奥氏体转变的影响因素加热过程中珠光体向奥氏体转变受到多个因素影响。
首先，温度是影响转变过程最重要的因素之一。
通常情况下，在高温条件下进行加热可以促使珠光体向奥氏体转变更快速。
其次，共析钢的化学成分也会对相变过程产生影响。
一些合金元素的加入可以降低转变温度和提高转变速率，从而改善共析钢的性能。
此外，晶体缺陷、应力状态以及加热速率等因素也会对珠光体到奥氏体的相变行为产生影响。
钢的热处理原理 (2)
钢的热处理原理9-1概述一、热处理的作用热处理是将钢在固态下加热到预定温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。
其目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。
通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶几十个。
恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。
++热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序。
此外，通过热处理还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。
二、热处理和相图原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。
纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。
现以Fe- FeC相图为例进3一步说明钢的固态转变。
共析钢加热至Fe- FeC相3图PSK线（A线）以上全部转1 变为奥氏体；亚、过共析钢则必须加热到GS线（A线）和ES3 线（A线）以上才能获得单相cm 奥氏体。
钢从奥氏体状态缓慢冷却至A线以下，将发生共析转1 变，形成珠光体。
而在通过A3线或A线时，则分别从奥氏体cm中析出过剩相铁素体和渗碳体。
但是铁碳相图反映的是热力学上近于平衡时铁碳合金的组织状态与温度及合金成分之间的关系。
A线、A线和A13cm线是钢在缓慢加热和冷却过程中组织转变的临界点。
实际上，钢进行热处理时其组织转变并不按铁碳相图上所示的平衡温、Ac、Ac；而把冷却时的实际临界温度标以字13cm度进行，通常都有不同程度的滞后现象。
即实际转变温度要偏离平衡的临界温度。
加热或冷母“r”，如Ar、Ar、Ar等。
却速度越快，则滞后现象越严重。
图9-3表示钢加热和冷却速度对碳钢临界温度的影响。
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
热处理讲稿-热处理基础
射线，在空间传递热量的现象，称为辐射传热。
2. 传热的一般规则
a. 热源与被加热零件之间存在温度差是必要条件。工 件在加热过程中，三种传热方式同时存在，只是强弱 程度不同。
b. ＞ 600℃时，炉子的传热方式以辐射为主，辐射能 力与温度四次方成正比。温度越高，辐射传热能力越 激烈、越强。所以炉温越高，工件升温速度越快，所 需的加热时间就越短。
a. 过冷奥氏体连续转变曲线的位置，比等温 冷却转变曲线的位置靠右下，这说明连续转 变时温度要低一些，孕育期要长一些。
b. 比起等温转变来，连续转变是在一个温度 范围内进行，获得的组织不均匀，往往是几 种组织的混合物。
c. 共析钢连续转变是不发生贝氏体相变，只 有珠光体和马氏体转变。
3.3 合金元素对过冷奥氏体转变的影响 a. 钢在冷却过程中，绝大部分合金元素
少，便宜，应用较广。缺点是完全燃烧部分生成H2O和 CO2，脱碳倾向较大。 b. 吸热式气氛——将气体燃料和空气以一定的比例（体 积比11:1以下）混合，在一定的温度和催化剂作用下， 靠外部加热（一般为960 ℃ ～ 1050 ℃ ）才能裂解、进 行反应，所生成的气氛称为吸热式气氛。可燃、易爆， 具有还原性。由于能控制气氛的碳势，故应用最广。
2. 熔盐介质 a. 以熔融状态的中性盐类能导电的性质，将电能转换为热能传递 给工件。盐浴的传热方式以对流和传导为主。由于热容量很大，
故加热速度很快。工件与空气隔离，氧化脱碳极少。盐浴作为等 温和分级淬火的冷却介质，
b.硝盐浴是常用的盐浴，因为熔点低，所以流动性好，有足够的冷 却能力。按不同比例配制的混合盐（如 55%KNO3＋45%NaNO2 ＋1-3%水），可用于200 ℃ ～400℃等温淬火冷却，在盐浴中加 水为了提高冷却能力。
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③对临界点的影响
合金元素的加入改变了临界点A1、A3、Acm的 位置，并使它们成为一个温度范围，当温度一定 时，临界点的变化相当于过热度的改变。 Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、 Al、W、V等升高A1温度。
④合金元素通过对原始组织的影响也影响奥 氏体的形成速度
Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体 的形成。
长大速度
0
亚共析钢和过共析钢等温形成动力学
奥氏体转变的影响因素
影响奥氏体转变速度的因素包括温度、原始组 织、含碳量和合金元素. (1) 加热温度的影响
T， 奥氏体形成速度就愈快，奥氏 体的形核率J，长大速度v均增大 T， J>v，所以奥氏体形成温度越高， 获得的起始晶粒度就越细小 T， 相变的不平衡程度增大，在铁 素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多， 因而奥氏体基体的平均碳含量降低。
共析钢奥氏体等温形成动力学图
动力学曲线特点：
(1) 在高于Ac1温度加热保温时，奥氏体 并不立即生成，而是经过一定的孕育期 后才开始形成。
(2) 在整个奥氏体形成过程中，奥氏体的 形成速率不同。转变初期，转变速率随 时间的延长而加快，当转变量达到50% 左右时转变速率最大，随后转变速率又 随时间的延长而减慢。
奥氏体形成温度/C 基体碳含量(相消失时)/% 735 0.77 760 0.69 780 0.61 850 0.51
有利于改善淬火 钢尤其是淬火高 碳工具钢的韧性
900 0.46
奥氏体转变的影响因素
(2) 碳含量
(3) 原始组织的影响
(4) 合金元素
①通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度
2.1 奥氏体及其特点
1. 奥氏体的晶体结构
④ C原子在A当中分布是不均匀 的，存在浓度起伏 ⑤ 合金元素(Mn, Si, Cr, Ni, Co) 等在γ–Fe中取代Fe原子的位置 而形成置换式固溶体
2. 奥氏体的组织形态
奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转 变的程度有关。一般由多边形等轴晶粒组成。这种形态 也称为颗粒状，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶 。
奥氏体晶粒长大现象
正常长大： 随保温温度的升高，奥氏体晶粒不 断长大，称为正常长大。 异常长大： 在加热转变中，保温时间一定时， 随着保温温度的升高，奥氏体晶粒 长大不明显，当温度超过某一定值 后，晶粒才随温度的升高而急剧长 大，称为异常长大。
奥氏体晶粒长大机理
(1) 奥氏体晶粒长大驱动力
驱动力：来自A总的晶界能的下降 减少晶界方法：晶粒长大；晶界平直化 长大方式：通过界面迁移而长大。
3f Fm 2r 比界面能
f 单位体积中粒子数目 r 第二相颗粒半径
(3) 正常长大
0.125 ⁰C/min
加热时：
实际转变温度移向高温，以 Ac表示Ac1、Ac3、Accm
冷却时：
实际转变温度移向低温，以 Ar表示Ar1、Ar3、Arcm
钢在加热和冷却时临界温度的意义
Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开 始温度； Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；
Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度； Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度； Accm ——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度; Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。
3. 奥氏体转变动力学
Fe-C相图只给出了热力学的平衡状况，无法给出奥氏体组 织状况（均匀性、晶粒大小等），须考虑时间的影响； 实际热处理中须控制奥氏体化程度，这就须了解奥氏体形 成速度。
共析钢奥氏体等温形成动力学图
将一组共析碳钢试样迅速加热至Ac1点以上不同温 度，保温不同时间后在盐水中急冷至室温，测出每个试 样中的马氏体转变量，作出各温度下奥氏体形成量与保 温时间的关系曲线，即为奥氏体等温形成动力学曲线。
d (μm) 250 177 125 88 62 44 31 22 ×100倍 晶粒度
奥氏体晶粒度有三种 ① 起始晶粒度
奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相 互接触时的晶粒大小。其大小取决于形核率 和长大速度。
② 实际晶粒度
钢经热处理后所获得的实际奥氏体晶粒大 小。取决于具体的加热温度和保温时间。实 际晶粒度对钢热处理后的性能有直接影响。
强碳化物形成元素Cr、Mo、W等，降低碳在奥氏体中扩 散系数，推迟珠光体转变为奥氏体；非碳化物形成元素Co、 Ni等增大碳在奥氏体中的扩散系数，使奥氏体形成速度加快； Si、Al等对碳原子的扩散系数影响不大，因此对奥氏体的形 成无明显的影响。
②合金元素通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速 度
通常使碳化物稳定提高的元素，将延缓奥氏体的形成。 钢中加入W、Mo和其它强碳化物形成元素，由于在钢中可以 形成稳定性极高的特殊类型的碳化物，加热时不易溶解，将 使奥氏体形成速度减慢。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
(1) 珠光体的奥氏体化过程
与共析钢基本相同，当加热温度仅超过Ac1时， 原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍保留一部 分先共析铁素体或先共析渗碳体，该过程称为不 完全奥氏体化过程。
(2) 先共析相的奥氏体化过程
只有当加热温度超过Ac3或Accm，并保温足够时 间，才能获得均匀单相奥氏体，此时称为完全奥 氏体化。
第2章 钢在高温加热时 的奥氏体转变
研究奥氏体转变的目的
本章主要内容
铁碳相图
A B
δ
N
J H
L+γ
L
D γ
L+ Fe3C
E (2.11)
C (4.3)
γ+ Fe3C
F
G
α+γ
P (0.0218)
A1 (727º C) S (0.77)
珠光体(P)
P+ Fe3C
K
α
α+ P
α+ Fe3C
Q Fe
③ 本质晶粒度
表示钢在一定加热条件下奥氏体晶粒长 大的倾向性。注意：本质晶粒度并不是指具 体的晶粒大小。 根据标准试验方法，在 930±10℃，保温3~8 h 后测得的奥氏体晶粒大小。 1~4级----本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。 5~8级----本质细晶粒钢，晶粒不容易长大
2. 奥氏体晶粒长大机理与控制方法
(3) 转变温度越高，形成奥氏体所需的全 部时间就越短。
将各加热温度下的奥氏体等温形成动力学曲线综合 绘在温度与时间坐标系中，即可得到奥氏体等温形 成图。
共析钢A等温形成动力学图
奥氏体的形核与长大动力学
形核率 式中: J = ch exp (-Q/kT) exp(-W/kT)
驱动力因素项
扩散因素项
2 F R 比界面能 R 界面曲率半径 (1) 晶粒越细小，R越小，F越大； (2) 平直晶界时 R ，F 0
(2) 晶界推移阻力
实际材料中，在晶界或晶内往往存在很多细小难溶 的第二相沉淀析出粒子。推移中的晶界如遇到第二 相粒子时将发生弯曲，导致晶界面积增大，界面能 升高，因此这些第二相粒子将阻碍晶界迁移，起着 钉扎晶界的作用。 单位面积晶界上的最大阻力
2.4 奥氏体晶粒长大及控制
1. 奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度一般指奥氏体化后的奥氏体实际晶粒 大小，可以用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体 晶粒的数目等方法来表示。 晶粒度级别与晶粒大小的关系
N= 2G-1 N ---- ×100倍时，晶粒数 / in2 G ---- 晶粒度级别
N 1 2 3 4 5 6 7 8
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
顺磁性 无磁性钢，相变点和残留奥氏体的测定
2.2 钢的奥氏体等温转变
根据Fe-Fe3C相图，当把钢缓慢加热到共析温度以上时，珠 光体将向奥氏体转变。钢在热处理时，通常第一道工序就是把 钢加热，使之形成奥氏体组织。 通常把钢加热到临界温度以上获得奥氏体的转变过程称为奥 氏体化过程。 加热时钢中奥氏体的转变过程与条件，对最终形成的奥氏 体晶粒尺寸、形态、转变完善程度(如元素的均匀化程度)等有 重要影响，而所有这些又都必然影响到热处理后钢的最终组织 和性能。
原始组织
加热方式
平衡组织 非平衡组织
等温加热 连续加热
1. 奥氏体转变热力学 相变驱动力 奥氏体形成的热力学条件：必 须在一定的过热度（T > A1） 条件下才能发生。
实际生产 加热和冷却时的相变是在不平衡的条件下进行的； 相变温度与平衡临界温度之间有一定差异； 加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温； 加热和冷却速度越快偏差越大。
C% →
Fe3C
6.69
2.1 奥氏体及其特点
1. 奥氏体的晶体结构
① 碳原子溶于γ–Fe形成的间隙固 溶体； 表示：A或γ
②碳原子处于八面体中心间隙位置 (面心立方晶胞的中心或棱边中点)
③但奥氏体的最大溶C量(溶解度) 仅为2.11%
C原子进入γ–Fe点阵间隙位 置引起γ–Fe点阵膨胀；C%增加， 奥氏体点阵常数增大
2.3 钢的奥氏体的连续加热转变
1. 连续加热转变动力学图
2. 连续加热时奥氏体形成特点 相变临界点随加热速度增
大而升高 转变在一个温度范围内进 行
奥氏体形成速度随加热速
度增加而加快 奥氏体成分不均匀性随加
连续加热时珠光体向 奥氏体转变动力学曲线
热速度增大而增大 奥氏体起始晶粒度随加热
J ---- 形核率，单位 1/(mm3 • s)
ch ---- 常数；
T ---- 热力学温度
k ---- 玻尔兹曼常数，1.38X10-23 J/K W---- 临界形核功； Q ---- 扩散激活能 P→A的相变，是升高温度的相变，温度升高时， W↓，Q↓，故形核率 J增大。