第二章钢中奥氏体的形成

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1、钢中奥氏体的组织特征一、奥氏体的形成温度范围一、奥氏体的形成温度范围G钢中奥氏体的组织特征二、奥氏体的组织和结构二、奥氏体的组织和结构钢中奥氏体的组织特征钢中奥氏体的组织特征三、奥氏体的晶体结构和性能三、奥氏体的晶体结构和性能性能特点：性能特点：l滑移系较多，奥氏体的硬度和屈服强度不高；滑移系较多，奥氏体的硬度和屈服强度不高；l原子排列紧密，致密度高，比容小；原子排列紧密，致密度高，比容小；lFeFe原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体的热原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体的热强性好；强性好；l顺磁性顺磁性; ;l线膨胀系数大；线膨胀系数大；l导热性能差，不易采用过大的加热速

2、度。导热性能差，不易采用过大的加热速度。理论上，单位晶胞中含有理论上，单位晶胞中含有4个个Fe原子和原子和4个碳原子，个碳原子，其原子百分比为其原子百分比为50%，重量百分比为，重量百分比为10%。实际上，奥氏体中最大含碳量为实际上，奥氏体中最大含碳量为2.11%（重量），（重量），原子百分比为原子百分比为10%，即，即2.5个晶胞中有一个碳原子。个晶胞中有一个碳原子。原因：原因：rcr间隙间隙，碳原子进入间隙后引起点阵畸变，碳原子进入间隙后引起点阵畸变，使其周围的间隙位置不可能都填满碳原子。使其周围的间隙位置不可能都填满碳原子。钢中奥氏体的组织特征新旧两相的体积自由能差仍为相变新旧两相的体积

3、自由能差仍为相变的驱动力，必须要有过热度。的驱动力，必须要有过热度。奥氏体的形成机制一、奥氏体形成热力学一、奥氏体形成热力学 相组成：（相组成：（ + Fe3C） 碳含量：碳含量：0.02% 6.69% 2.11%点阵结构：点阵结构：bcc 复杂正交复杂正交 fcc到到的点阵重构、渗碳体的溶解、的点阵重构、渗碳体的溶解、C在奥氏体中的扩散重新分布在奥氏体中的扩散重新分布珠光体团边界、铁素体内的亚晶珠光体团边界、铁素体内的亚晶界也是形核的主要位置。界也是形核的主要位置。奥氏体的形成机制二、奥氏体形核二、奥氏体形核形核位置部位：通常在铁素体和渗碳体的两相界面上。形核位置部位：通常在铁素体和渗碳体的

4、两相界面上。l相界面处碳原子的浓度差较大，易于获得形核所需的碳相界面处碳原子的浓度差较大，易于获得形核所需的碳浓度；浓度；l相界面处原子排列不规则，相界面处原子排列不规则，Fe原子可通过短程扩散发生原子可通过短程扩散发生晶格改组，形核所需结构起伏较小；晶格改组，形核所需结构起伏较小；l相界面处杂质和其它晶体缺陷较多，有高的畸变能。相界面处杂质和其它晶体缺陷较多，有高的畸变能。 三、奥氏体的晶核长大三、奥氏体的晶核长大 奥氏体的长大是通过奥氏体的长大是通过渗碳体的溶解渗碳体的溶解、碳原子在奥氏体中碳原子在奥氏体中扩散扩散以及以及/、/Fe3C相界面的相界面的推移推移来进行的。来进行的。奥氏体的形

5、成机制相界面推移的驱动力：奥氏体中的碳浓度差；相界面推移的驱动力：奥氏体中的碳浓度差；相界面推移的结果：相界面推移的结果：Fe3C不断溶解，不断溶解，相逐渐转变为相逐渐转变为相。相。三、剩余碳化物溶解三、剩余碳化物溶解 在奥氏体晶核长大的过程中，珠光体中的铁素体全部消在奥氏体晶核长大的过程中，珠光体中的铁素体全部消失时，渗碳体还未完全溶解。失时，渗碳体还未完全溶解。l原因原因：奥氏体与渗碳体相界面处的碳浓度差远远大于奥氏：奥氏体与渗碳体相界面处的碳浓度差远远大于奥氏体与铁素体相界面处的碳浓度差，只需要溶解一小部分碳化体与铁素体相界面处的碳浓度差，只需要溶解一小部分碳化物就能使其相界面处的奥氏体

6、达到饱和，而必须溶解大量的物就能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。铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。四、奥氏体均匀化四、奥氏体均匀化 当碳化物完全溶解于奥氏体中时，奥氏体的碳浓度是不当碳化物完全溶解于奥氏体中时，奥氏体的碳浓度是不均匀的，还需要继续加热或保温，使碳原子扩散均匀。均匀的，还需要继续加热或保温，使碳原子扩散均匀。奥氏体的形成机制奥氏体的形成机制奥氏体形核奥氏体形核奥氏体晶核长大奥氏体晶核长大剩余碳化物的溶解剩余碳化物的溶解奥氏体均匀化奥氏体均匀化奥氏体形成动力学一、奥氏体等温形成动力学一、奥氏体等温形成动力学 奥

7、氏体形成速度取决于形核率奥氏体形成速度取决于形核率I和长大速度和长大速度G，在等温条件，在等温条件下，下，I和和G均为常数。随温度升高，奥氏体的形核率均为常数。随温度升高，奥氏体的形核率I和长大速和长大速度度G均增大。均增大。转变温度转变温度/形核率形核率长大速度长大速度转变一半所需要时间转变一半所需要时间/s74022800.0005100760110000.0109780515000.02638006160000.0411奥氏体形成动力学expQWICkT32WAGvl随着奥氏体形成温度升高，形核率随着奥氏体形成温度升高，形核率 迅速增大；迅速增大；l温度升高，相变驱动力增大，形温度升高，

8、相变驱动力增大，形 核功减小，形核率增大核功减小，形核率增大；l温度升高，扩散系数增大；温度升高，扩散系数增大；l温度升高，温度升高，C/与与C/之差减小，之差减小， 奥氏体形核所需的碳浓度起伏减小；奥氏体形核所需的碳浓度起伏减小；奥氏体形成温度升高，对于形成细奥氏体形成温度升高，对于形成细 小的奥氏体晶粒是有利的。小的奥氏体晶粒是有利的。1. 形核率形核率I忽略应变能时：奥氏体形成动力学在等温转变时，上式可简化为：在等温转变时，上式可简化为：BKGC当当T780时：时：通常情况下，在奥氏体通常情况下，在奥氏体转变中，总是铁素体先转变中，总是铁素体先消失，而还有相当数量消失，而还有相当数量的渗

9、碳体未溶解。的渗碳体未溶解。2. 长大速度长大速度G： 根据扩散定律可以导出奥氏体形成过程中相界面的推移速度根据扩散定律可以导出奥氏体形成过程中相界面的推移速度为：为： 1rBdCGKDcdxC 02. 041. 0KG89. 069. 6KGcem9 .14cemGG奥氏体形成动力学 总之，奥氏体的长大速度总之，奥氏体的长大速度G 随温度随温度T 的升高而升高，这是的升高而升高，这是因为温度升高时：因为温度升高时： 扩散系数扩散系数D 增大；增大； 铁素体中有利于奥氏体形核的部位增多，原子扩散距离相铁素体中有利于奥氏体形核的部位增多，原子扩散距离相对缩短；对缩短； 奥氏体与铁素体的相界面浓度

10、差（奥氏体与铁素体的相界面浓度差（C/C/）以及奥氏体）以及奥氏体与渗碳体的相界面浓度差（与渗碳体的相界面浓度差（ Ccem/ C/cem）减小，加速了）减小，加速了奥氏体长大时的相界面推移速度。奥氏体长大时的相界面推移速度。奥氏体形成温度升高时，奥氏体形成温度升高时，I和和G均增大，因此，奥氏体形成速度均增大，因此，奥氏体形成速度随形成温度的升高而单调增大。随形成温度的升高而单调增大。奥氏体形成动力学共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线奥氏体形成动力学从上两图可以看出：从上两图可以看出：l 在高于在高于Ac1温度加热保温时，奥氏体并不是立即形成，而是温度加热保温时

11、，奥氏体并不是立即形成，而是经过一定的孕育期后才开始形成，且温度越高，孕育期越短；经过一定的孕育期后才开始形成，且温度越高，孕育期越短；l奥氏体开始形成速度较慢，当奥氏体量为奥氏体开始形成速度较慢，当奥氏体量为50%时最快，以后又时最快，以后又逐渐减慢；逐渐减慢；l加热温度越高，奥氏体形成速度越快；加热温度越高，奥氏体形成速度越快；l在珠光体中铁素体全部转变为奥氏体后，还需要一段时间来溶在珠光体中铁素体全部转变为奥氏体后，还需要一段时间来溶 解碳化物和奥氏体均匀化；解碳化物和奥氏体均匀化；奥氏体形成动力学影响奥氏体形成速度的因素：影响奥氏体形成速度的因素：P A加热温度加热温度钢中碳含量钢中碳