热处理原理与工艺 教学课件 赵乃勤 第2章 钢在高温加热时的奥氏体转变

3.亚共析钢和过共析钢等温形成动力学
图2-18 a) =0.45%的亚共析钢 b)
=1.2%的过共析钢
2.2.4 奥氏体转变的影响因素
1.加热温度
2.碳含量
3.原始组织 4.合金元素
1.加热温度
温度对奥氏体形成速度的影响在前面已经有较 多的论述。温度升高，奥氏体形成速度加快， 其影响见表2-1。而且随着温度的升高，奥氏体 形核率增加的幅度高于长大速度增加的幅度， 因此温度越高，奥氏体起始晶粒度越小。
1.奥氏体形核
图2-10 珠光体向奥氏体的转变过程 (1000
1.奥氏体形核
图2-11 0.95%C-2.61%Cr钢加热到800℃奥氏体形核的TEM a) 奥氏体在渗碳体/铁素体界面形核 b) 奥氏体在珠光体团的边界形核
1.奥氏体形核
图2-12 奥氏体［γ(M)］在大角度晶界(HAB)处形核 (LAB
2.碳含量
表2-1
加热温度/℃ 形核率/m· 晶核成长速度/mm· 转变50%的时间/s
740
760 780 800

11000 52000 60000
0．001
0．010 0．025 0．040
100
9 3 1
3.原始组织
2-19.TIF
3.原始组织
2-20.TIF
4.合金元素
(1) 对碳在奥氏体中扩散系数的影响 强碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V等，降 低碳原子在奥氏体中的扩散系数，因而显著推迟珠光体转变为奥氏体的过程；非碳 化物形成元素Co、Ni增大碳原子在奥氏体中的扩散系数，因而增大奥氏体的形成速 度；Si、Al对扩散系数的影响较小，对奥氏体形成速度没有太大的影响。 (2) 对碳化物溶解度的影响 合金元素与碳形成的碳化物向奥氏体中溶解的难易程度 不同也会影响奥氏体的形成速度。 (3) 对相变临界点的影响 合金元素改变临界点A1、A3、Acm的位置，并使它们成为 一个温度范围。 (4) 对原始组织的影响 合金元素通过对原始组织的影响来影响奥氏体的形成速度。
(1) 对碳在奥氏体中扩散系数的影响
强碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V等，降 低碳原子在奥氏体中的扩散系数，因而显著推 迟珠光体转变为奥氏体的过程；非碳化物形成 元素Co、Ni增大碳原子在奥氏体中的扩散系数， 因而增大奥氏体的形成速度；Si、Al对扩散系数 的影响较小，对奥氏体形成速度没有太大的影 响。
2.奥氏体晶核长大
a)
图2-13 奥氏体晶核在珠光体中长大示意图 b) 奥氏体相界面推移示意图
3.残留碳化物溶解
在奥氏体晶核的长大过程中，随着相界面的扩 展，珠光体中的铁素体首先完成转变。当铁素 体消失时，渗碳体还未完全溶解，此时奥氏体 的平均碳含量低于珠光体的平均碳含量(wC=0.7 7%)。Fe-Fe3C相图中ES线的倾斜度大于GS线(图2 -13a)，S点不在cγ-α与cγ-θ的中点，而稍偏右。
(2) 对碳化物溶解度的影响
合金元素与碳形成的碳化物向奥氏体中溶解的 难易程度不同也会影响奥氏体的形成速度。
(3) 对相变临界点的影响
合金元素改变临界点A1、A3、Acm的位置，并 使它们成为一个温度范围。
(4) 对原始组织的影响
合金元素通过对原始组织的影响来影响奥氏 体的形成速度。
2.3.1 连续加热转变动力学图
2.2.1 奥氏体转变热力学
图2-8 加热速度和冷却速度为0.125℃/min时
2.2.2 奥氏体转变机制
1.奥氏体形核
2.奥氏体晶核长大
3.残留碳化物溶解 4.奥氏体成分均匀化
2.2.2 奥氏体转变机制
图2-9 a) 奥氏体形核 b) 奥氏体晶核长大 c) 残留碳化物溶解 d) 奥氏体成分均匀化
图2-4 奥氏体的光学显微组织(NF709奥氏体不锈钢，10%草酸
2.1.2 奥氏体晶体结构
图2-5 碳原子在γ-Fe中可能的间隙位置a)
b)
2.1.2 奥氏体晶体结构
图2-6 奥氏体的点阵常数与碳含量 (包括过饱和含量)
2.1.3 奥氏体的性能
奥氏体是碳钢中的高温稳定相，当加入适量的 合金元素时，可以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，在奥氏体状态使用的钢称为奥氏体钢。
2.3 钢中奥氏体的连续加热转变 2.4 奥氏体晶粒长大及控制 2.5 非平衡组织加热的奥氏体转变
2.1.1 奥氏体定义
图2-1 Fe-F
C合金平衡相图
2.1.1 奥氏体定义
图2-2 合金元素对Fe-F C a) 铬的影响 b) 锰的影响
2.1.1 奥氏体定义
图2-3 304
2.1.1 奥氏体定义
1.共析钢奥氏体等温形成动力学图
图2-15
=0.86%
1.共析钢奥氏体等温形成动力学图
图2-16 共析钢奥氏体等温形成
1.共析钢奥氏体等温形成动力学图
图2-17 共析碳钢奥氏体等温形成动力学图
2.奥氏体的形核与长大动力学
(1) 奥氏体的形核率 先考虑均匀形核时的情况，奥氏体形核率J与温度之间的关系 可描述为 (2) 奥氏体的长大速度 奥氏体的长大速度v与奥氏体生长机制有关。
4.奥氏体成分均匀化
图2-14 0.95%C-2.61%Cr钢加热到800℃时奥氏体形成的TEM (在淬火过程中，奥氏体全部转变为马氏体) a) 8s b) 20s c) 10s d) 20s
2.2.3 奥氏体转变动力学
1.共析钢奥氏体等温形成动力学图
2.奥氏体的形核与长大动力学
3.亚共析钢和过共析钢等温形成动力学
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第2章 钢在高温加热时的奥氏体转变
2.1 奥氏体及其特点
2.2 钢的奥氏体等温转变
2.2 钢的奥氏体等温转变
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。钢经奥氏体化获得 稳定的奥氏体相后，以不同方式(或速度)冷却， 就可以获得不同的组织和性能。因此，奥氏体 化过程是很多热处理的基本过程。
2.2.1 奥氏体转变热力学
图2-7 Fe-C合金珠光体和奥氏体的自由能 ( )与温度的关系