奥氏体形成过程
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。
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
奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素
奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素奥氏体是钢中最重要的组织之一，它具有良好的强度和硬度，被广泛应用于钢材的制造和加工过程中。
奥氏体形成的过程是复杂的，涉及多个步骤和影响因素。
下面将详细介绍奥氏体形成的四个步骤以及奥氏体形成的影响因素。
1.软化处理（预处理）：首先，将钢材加热到适当的温度范围进行软化处理。
在软化处理过程中，钢材中的残余应力被消除，晶粒被结晶，这为后续形成奥氏体提供了条件。
2.超韧化处理：在软化处理后，将钢材降温至室温以下，并加入适量的合金元素，如铬、钼等。
超韧化处理的目的是增加钢材的韧性和强度，为奥氏体的形成奠定基础。
3.过冷处理：在超韧化处理后，将钢材继续降温至高温区和过冷区之间的过渡区域。
在这个温度范围内，钢材中的亚稳相（如贝氏体、马氏体等）开始分解，形成奥氏体的种子晶粒。
4.贝氏体转变：在过冷处理的基础上，进一步降温至适当的温度，贝氏体开始转变为奥氏体。
贝氏体转变过程比较复杂，包括界面扩散、原子重排、晶格变形等多个步骤。
通过适当的温度和时间控制，可以得到理想的奥氏体组织。
1.合金元素的存在：合金元素对奥氏体形成有着重要的影响。
例如，铬可以提高钢材的耐蚀性和强度，钼可以提高钢材的硬度和耐热性。
合金元素通过改变钢中的相变温度及相变速率等参数，影响奥氏体的形成过程。
2.冷却速度：冷却速度是影响奥氏体形成最主要的因素之一、快速冷却可以促使钢材中的贝氏体转变为奥氏体，而慢速冷却则有利于贝氏体的形成。
冷却速度的选择根据所需的力学性能及材料的用途来确定。
3.退火温度和时间：退火温度和时间也会对奥氏体形成产生影响。
过高的退火温度会导致晶粒长大，影响奥氏体的结晶性能，而过低的退火温度则会使奥氏体的形成受到限制。
退火时间越长，奥氏体的形成越充分。
4.碳含量：碳是钢中最主要的合金元素，对奥氏体形成有着重要的影响。
在钢中，当碳含量超过一个临界值时（通常为0.8%~1.5%），奥氏体就会形成。
奥氏体的形成机制
从图9.1中的GS线可知，奥氏体中与铁素 体相平衡的碳含量随温度升高而下降。铁素 体中的最大碳含量为0.02%（在A1温度），而 为使铁素体转变为奥氏体，铁素体的最低碳 含量必须是：727℃为0.77%、740℃为0.66%、 780℃为0.40%、800℃为0.32%等等，均远远 高于铁素体中的最大碳含量。
奥氏体的形成机制
1. 奥氏体形核 2. 奥氏体晶核长大 3. 剩余碳化物溶解 4. 奥氏体均匀化
铁素体 体心立方
0.02%
奥氏体 面心立方
0.77%
渗碳体 复杂斜方
6.69%
由于奥氏体与铁素体及渗碳体的碳含量和点阵结构 相差很大，因此，奥氏体的形成是一个由α到γ的点 阵重构、渗碳体的溶解以及C在奥氏体中的扩散重 新分布的过程。
C ce m / γ
C cem/γ
Fe C3
Cγ /cem
G
γ
Q
Fe3 C E
γ
碳
αP
S
T1
含 量
Cγ /α
Cα /cem
α
C C C Cα / γ α/γ α/cem
γ /α
C γ/cem
Ccem/γ
Fe C3
C γ/cem
γ
αP
Cc e m / γ
Fe3 C
E
Cγ/cem
γ
碳
T1
含
量
S
γ
C C C α / γ α / ce m γ /α
扩散性相变
转变的全过程可以分为四个阶段
（1） 奥氏 体形 核
（2） 奥氏体 晶核长
大
（3） 渗碳 体溶
解
（4） 奥氏体 成分均
匀化
1．奥பைடு நூலகம்体形核
2第二章 奥氏体及其形成2
必须同时控制加热温度和保温时间。 较低温度下保温时，时间因素影响较小。 加热温度高时，保温时间的影响变大。 升高加.4.2 化学成分的影响
❖ 钢中的碳含量增加时，碳原子在奥氏体中的扩散速 度及铁的自扩散速度均增加。故奥氏体晶粒长大倾 向变大。在不含有过剩碳化物的情况下，奥氏体晶 粒容易长大。
由图可见，淬火温度一定时， 随着加热速度增大，相变时间 缩短，因而使奥氏体中的碳含 量差别增大，剩余碳化物的数 量也增多，导致奥氏体的平均 碳含量降低。
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。在共析钢、高碳钢中，可能出现碳 含量低于共析成分的低碳马氏体、中碳马氏体及剩余碳化物等。这有助于 淬火钢的韧化。
❖ 如果在奥氏体晶界上有一个硬相微粒，设 为球形，半径为r，如图4－19所示。
❖ 如果在奥氏体晶界上有 一个硬相微粒，设为球 形，半径为r，如图4－ 20所示。
❖ 由于晶界向前移动，如图中所示，晶界从原 位置位移到新位置，则造成晶界的弯曲、变 长，增加了相界面面积为S，晶界能发生变化， 故界面能升高为Sσ。
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 。
加热速度和淬火温度对40钢奥氏体内 高碳区最高碳浓度的影响。
由图可见，加热速度从50℃/s 到230℃/s,奥氏体中存在高达 1.4~1.7%C的富碳区，相对地 必然存在低于平均含碳量的贫 碳区，这对于奥氏体的冷却转 变将产生重要影响，具有一定 理论意义。
2.4 连续加热时奥氏体的形成特征
❖ 实际生产中，绝大多数 情况下奥氏体是在连续 加热过程中形成的。
奥氏体形成过程
当剩余渗碳体全部溶解后奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的原来存在渗碳体的区域碳浓度较高而原来存在铁素体的区域碳浓度较低只有继续延长保温时间使碳原子充分扩散才能得到成分均匀的单相奥氏体
以共析钢为例，说明奥氏体是怎样形成的。并讨论为 什么在铁素体消失的瞬间，还有部分渗碳体未溶解？
奥氏体的形成过程由Fe的晶格改组和Fe、C 原子的扩散，它包括四个阶段：
Page 7
（四）、奥氏体成分均匀化： 当剩余渗碳体全部溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原 来存在渗碳体的区域碳浓度较高，而原来存在铁素体的区域碳浓 度较低，只有继续延长保温时间，使碳原子充分扩散才能得到成 分均匀的单相奥氏体。
综上述共析碳钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原子的扩散， 通过形核—长大—碳化物溶解—奥氏体均匀化四个步骤实现的。
奥氏体核的形成； 奥氏体核的长大 剩余渗碳体溶解； 奥氏体成分均匀化
Page 2
（一）、奥氏体形核的形；奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体相界面 处通过扩散机制形成； （2）珠光体团交界处； （3）先共析铁素体/珠光体团交界处。 2、在上述位置优先在铁素体与渗碳体相界面处形核，这是由 于满足三个起伏：
2、碳原子在铁素体内部的扩散： 碳在奥氏体中的扩散的同时，在奥氏体中出现了碳的浓度梯 度（CA-Fe3C－CA-F），碳在铁素体中也 进行扩散,促使奥氏 体长大。由于F中与A交界的界面浓度CF-A原子向A一侧扩散， 使F中碳浓度升高，有利于向奥氏体的转化。
Page 6
（三）、剩余渗碳体溶解：
铁素体消失以后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分渗碳体称为剩余渗 碳体。 1、实验现象： （1）、F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变； （2）、测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77%。 2、原因： Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线，S点不在CA-F与CA- Fe3C中点，而 稍偏右。所以A中平均 碳浓度，即(CA-F + CA- Fe3C)/2低于S点成分。 当F全部转变为A后，多余的碳即以Fe3C形式存在。 通过随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体通过碳原子的扩散，不 断溶入奥氏体中，使奥氏体的碳浓度逐渐接近共析成分。这一阶段一直 进行到渗碳体全部消失为止。
简述对钢进行加热时奥氏体晶核的形成过程
简述对钢进行加热时奥氏体晶核的形成过程加热钢材时，会出现奥氏体晶核的形成过程。
奥氏体晶核的形成是钢材加热过程中的一种重要现象，它直接影响到钢材的性能和结构。
下面将详细描述钢材加热时奥氏体晶核形成的过程。
钢材加热过程中，温度的升高会导致晶粒的生长与晶界的迁移。
当钢材温度达到一定程度时，晶界会出现扩散和迁移，晶界上的原子会重新排列，形成新的晶界结构。
这个过程被称为晶界重构。
晶界重构过程中，晶界附近的原子会发生扩散，相邻的晶粒也会相互吸引。
当温度继续升高，晶界附近的原子会在晶界处形成一个新的晶核。
这个新的晶核就是奥氏体晶核。
奥氏体晶核的形成是一个动态的过程。
随着钢材温度的进一步升高，奥氏体晶核会逐渐增多并扩散到整个钢材中。
同时，原本存在的其他相也会发生相变，逐渐转化为奥氏体。
奥氏体晶核的形成过程与钢材的成分有关。
不同成分的钢材在加热过程中会出现不同的相变行为。
例如，含碳量较高的钢材在加热过程中容易形成大量的奥氏体晶核，而含碳量较低的钢材则相对较少。
此外，其他合金元素的存在也会对奥氏体晶核的形成产生影响。
奥氏体晶核的形成过程还受到加热速率的影响。
加热速率越快，晶界重构和奥氏体晶核的形成速度就越快。
这是因为加热速率的增加会加快晶界附近原子的扩散速度，使晶界重构过程加快。
总结起来，钢材加热过程中奥氏体晶核的形成是一个复杂的动态过程。
它受到钢材成分、加热温度和加热速率等因素的影响。
了解奥氏体晶核的形成过程对于钢材的热处理和性能改善具有重要意义。
通过控制加热条件和合理选择钢材成分，可以有效地控制奥氏体晶核的形成，从而获得理想的钢材性能。
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
钢中奥氏体的形成
加热到临界点以上时，由于温度的 升高，原子的活动能力增强，晶格 的能量增加，使得相变驱动力增大 。
碳原子扩散
01
02
03
碳原子扩散机制
在奥氏体形成过程中，碳 原子通过晶格的间隙和位 错等缺陷进行扩散，以实 现成分均匀化。
扩散路径
碳原子主要沿着晶界和位 错等缺陷扩散，这些区域 提供了碳原子扩散的通道 。
料。
基于奥氏体转变的金属材料加工工艺实例
弯曲加工
将金属材料加热至奥氏体化温度，保温 一段时间，然后迅速冷却，可提高金属 材料的塑性和韧性，有利于弯曲加工。
VS
拉拔加工
将金属材料加热至奥氏体化温度，保温一 段时间，然后迅速冷却，可提高金属材料 的强度和韧性，有利于拉拔加工。
THANK S感谢观看
钢中奥氏体的形成
汇报人： 日期:
目录
• 奥氏体的定义与性质 • 奥氏体的形成过程 • 影响奥氏体形成的因素 • 奥氏体转变的机制与动力学 • 奥氏体转变过程中的缺陷与控制 • 奥氏体转变的应用与实例
01
奥氏体的定义与性质
奥氏体的定义
奥氏体是一种钢铁材料中的固溶体相，主要由铁和碳原子组 成，并含有一定量的合金元素，如镍、铬、锰等。
03
影响奥氏体形成的因素
温度
温度对奥氏体形成的影响
钢在加热时，奥氏体的形成是随着温度的升高而加速的。在一定的温度下，奥 氏体可以完全形成。当温度升高时，奥氏体的形成速率增加，所需的时间减少 。
临界点温度对奥氏体形成的影响
在临界点温度以上，奥氏体可以完全形成。而在临界点温度以下，奥氏体不能 完全形成。
当铁素体完全转变为奥氏体后，奥氏体的碳浓度和晶格类型不再发生变化。此时，奥氏体的 碳浓度较高，晶格类型为面心立方结构。
钢的热处理-奥氏体的形成
合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的机制
（1）化合物机械阻碍理论
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr等元素 在钢中形成很多细小均匀分布的难熔化合 物 ， 主 要 是 碳 化 物 和 氮 化 物 （ NbC, VC, TiC, NbN, VN, TiN, AlN等等），它们分布 在奥氏体的晶界上，机械地阻碍晶界的迁 移，使晶粒难以长大。Al2O3和硫化物也有 阻碍奥氏体晶界移动的作用。
温度
ν
ν
珠光体向奥氏体等温转变示意图
ν
原始组织
746℃保温5秒
ν
ν
ν 746℃保温15秒
奥氏体的形成过程
746℃保温60秒
共析钢高温奥氏体的显微组织（1000倍）
奥氏体形成的动力学
1、奥氏体等温形成动力学曲线
动力学曲线的做法： 将若干小试样以很快的速度加热到Ac1温
度以上不同温度，保温不同时间，测出每 个温度下不同保温时间试样中奥氏体的量。
热力学条件：奥氏体转变需要一定的过热度
奥氏体的形成机理
奥氏体形成的两种方式： 1）扩散方式 2）非扩散方式
扩散方式进行的奥氏体转变
奥氏体的形成符合相变的普遍规律：通过 形核长大方式进行。
临界晶核的形成需要一定的能量起伏和浓 度起伏。
形核地点：晶界、亚晶界、晶体缺陷、非 金属夹杂区域。
最有利的形核地点：珠光体中铁素体和渗 碳体的相界面。
奥氏体晶粒度的几个概念
初始晶粒度：是指加热时奥氏体转变过程 刚刚结束时的奥氏体晶粒大小。
实际晶粒度：热处理时某一具体加热条件 下最终所得到的奥氏体晶粒的大小。
本质晶粒：钢奥氏体晶粒的长大趋势，容 易长大的称为本质粗晶粒钢，晶粒不容 易长大的称为本质细晶粒钢。
指出共晶钢奥氏体化的四个步骤。
指出共晶钢奥氏体化的四个步骤。
共晶钢是由铁和碳组成的钢的一种特殊结构，其组织主要由奥氏体和渗碳体组成。
奥氏体是一种稳定的晶体结构，具有良好的韧性和延展性，而渗碳体则是碳向铁晶格中扩散所形成的固溶物。
共晶钢的奥氏体化过程可以分为以下四个步骤。
第一步：加热共晶钢的奥氏体化过程首先需要将钢材加热到足够高的温度。
在加热过程中，钢材中的渗碳体会逐渐溶解，使碳原子能够自由扩散到铁晶格中。
通常，加热温度要高于共晶温度，以保证渗碳体的完全溶解。
第二步：形核在达到一定的温度后，共晶钢中开始形成新的晶核。
晶核的形成是通过一种称为形核机制的过程实现的。
在共晶钢中，通常有两种形核机制，即自发形核和有外界提供的条件形核。
自发形核是指在加热温度下，随着时间的推移，钢材中逐渐形成的晶核。
而有外界提供的条件形核是指在加热过程中，通过向钢材中引入异物（如碴）来促进晶核的形成。
第三步：晶粒长大晶核形成后，晶核会逐渐生长，形成一片片相互连接的晶粒。
晶粒的生长过程是通过晶格扩散来实现的，即晶格中的原子沿晶界的方向扩散。
第四步：晶界成长晶粒长大后，晶粒之间的晶界会逐渐扩大。
晶界是相邻晶粒的交界面，晶界上的原子排列比晶粒内部的排列略有不同。
晶界的扩大过程是通过晶粒之间的原子沿着晶界的方向扩散来实现的。
这四个步骤共同完成了共晶钢中奥氏体的形成。
共晶钢的奥氏体具有良好的强度和塑性，广泛应用在汽车制造、船舶建造、轨道交通等领域。
奥氏体化过程的控制对于共晶钢的性能和质量具有重要的影响，因此需要掌握和优化这些步骤。
原理第4、5章钢中奥氏体的形成
合金元素对力学性能影响
提高强度和硬度
合金元素如铬、钼等能够显著提高钢的强度和硬度， 改善其耐磨性。
改善韧性
镍、锰等元素则能够改善钢的韧性，提高其抗冲击能 力。
对疲劳性能的影响
一些合金元素如钒、钛等能够细化晶粒，提高钢的疲 劳性能。
05 热处理工艺参数优化与控 制
加热温度和保温时间选择依据
钢的化学成分
奥氏体形成的热力学条件
奥氏体形成的动力学过程
奥氏体对钢性能的影响
奥氏体是钢在加热到临界温度 以上时形成的晶体结构，具有 良好的塑性和韧性。
加热温度和冷却速度是影响奥 氏体形成的两个重要因素。加 热温度越高，奥氏体形成越容 易；冷却速度越快，奥氏体稳 定性越差。
包括形核和长大两个阶段。形 核是通过原子扩散和重新排列 形成新晶核的过程；长大则是 新晶核不断吞噬周围原子而长 大的过程。
合金元素对临界点影响
提高临界点
合金元素如铬、钨、钼等，能够显著 提高钢的临界点，使奥氏体化温度范 围扩大。
降低临界点
镍、锰等元素则能够降低临界点，使 奥氏体化更容易进行。
合金元素对组织稳定性影响
稳定奥氏体
合金元素如钴、铝等能够提高奥氏体的稳定性，使其在较高温度下仍能保持稳 定。
促进其他组织形成
如硅、钨等元素则能促进铁素体、渗碳体等其他组织的形成，对奥氏体稳定性 产生一定影响。
回归分析
利用回归分析可以建立热处理工艺参数与性能指标之间的数学模型， 通过求解模型可以得到最优的热处理工艺参数组合。
人工智能算法
利用人工智能算法可以对热处理工艺参数进行全局优化，找到全局最 优解，提高热处理效果和生产效率。
06 总结：钢中奥氏体形成原 理及实践应用
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。
钢中奥氏体的形成
珠光体的显微组织:片层状结构
•S0
•F •Fe3C
• 显微组织形貌
片间距S0
•
共析钢奥氏体长大示意图
•T •G •γ
•α
•E
•Ｔ •C
1
%
•Cγ- •Cγ- C α •Cα-γ •C α - •C%
C
Fe3C
•T1温 度
•Cγ- C
• Fe3C
•Cαγ
•Cα-γ
•C α -
C
•珠光体片间距S0
•
二、奥氏体的组织、结构和性能 • １.组织：等轴状多边形晶粒
•
• ２.结构
•Ｃ原子
•Ｆe原子
•
• ３.性能 • １）比容最小（cm3/g） • ２）线膨胀系数最大 • ３）导热性差、塑性高 • ４）屈服强度很低，易于塑性加工
•
§２珠光体－奥氏体转变
铁素体（F或α） 0.021% ＢＣＣ 渗碳体（Fe3C或Cm）：间隙化合物， C含量 6.69% ，具有正交结构，硬而脆 。 • 珠光体（ F ＋ Fe3C ）－奥氏体 • 一、奥氏体转变过程 • １.形核（以共析钢Ｃ％＝０.７７％为例） • ２.长大 3.碳化物的溶解 4.均匀化
•
奥氏体形成示意图
1 奥氏体形核
2 奥氏体长大 3 剩余 Fe3C溶解 4 奥氏体均匀化
•γ •F •Fe3C •γ •未溶Fe3C
•γ
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
钢中奥氏体的形成
2024年2月1日星期四
§1 奥氏体形成概述
• 一、奥氏体形成的热力学条件临界点降低 用 r
奥氏体的形成
通过Fe、C原子在新形成奥氏体中的扩散，实现 奥氏体成分的均匀化。
思考题
1. 共析钢在加热时，当温度达到相变温度A1 时，就开始发生由珠光体向奥氏体的转变。
2. 合金钢中的奥氏体是碳及合金元素溶于γFe中并形成间隙固溶体。
作 业
1. 什么是奥氏体？简要叙述奥氏体的空间结构 和主要性能。 2. 以共析钢为例，简要回答奥氏体的形成过程 （要求画图说明）。
（3）钢的化学成分
含碳量越高，渗碳体与铁素体的总相界面积越大， Fe、C原子扩散系数增大，从而增高N和G，形成速度 增大。
碳化物形成元素Cr，W，Mo，V，阻碍碳的扩散， 降低形成速度。 非碳化物形成元素 Ni ， Co ，加速碳的扩散，增大 形成速度。
Mn ， Ni 降低钢的临界点，细化原珠光体组织，增 大形成速度。
2.1.3 奥氏体的形成
∆G = V ∆Gv + S σ+ εV - ∆Gd
- ∆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。
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。初始 晶粒一般很细小，大小不均，晶界弯曲。
N n 1.01 G
1 2
n：1mm2面积内的晶粒数
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。 在 930±10℃，保温3~8小时后测定。
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素
奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素推荐文章雾的形成原因与影响有哪些热度：分封制形成的基础是和影响什么热度：影响性格形成的因素是什么有哪些种类热度：影响人格形成的因素包括哪些方面热度：癌症形成的三个主要步骤是什么意思热度：对于奥氏体，可能很多人都不太了解，尤其是奥氏体的形成原因及影响因素，是人们不太清楚的。
下面由店铺为你详细介绍奥氏体形成的步骤及影响因素。
奥氏体形成的四个步骤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。
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。
简述奥氏体的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的过程
由Fe-Fe3C相图可知，温度在A1以下钢的平衡组织为铁素体和渗碳体，当温度超过A1(共析钢)、A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）以上，钢的组织为单相奥氏体组织。
单一奥氏体是如何形成的？实验证明，奥氏体的形成也是由形核和长大两个步骤所组成。
现以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。
图2-1为共析钢的奥氏体形成过程示意图。
(a)奥氏体形核(b)奥氏体长大(c)剩余Fe3C溶解 (d)奥氏体均匀化图2-1 共析钢的奥氏体形成过程示意图假设共析钢的原始组织是片状珠光体，当加热到Ac1温度以上并保温一定时间后，由于珠光体中铁素体和F e3C相界面上碳浓度分布不均匀，位错密度较高，原子排列不规则，处于能量较高状态，容易获得奥氏体形核所需的浓度起伏、结构起伏和能量起伏。
所以奥氏体晶核优先在相界面上形成。
当然，珠光体群边界也可能成为奥氏体的形核部位。
奥氏体形核后便开始长大。
奥氏体晶核形成以后，它的一侧与铁素体相邻，而另一侧与Fe3 C相邻。
假设它们的界面是平直的，则根据Fe-Fe3C相图可知，奥氏体中的碳浓度是不均匀的。
与Fe3 C相邻界面的碳浓度高于奥氏体与铁素体相邻界面的碳浓度。
因此，碳在奥氏体中的分布出现梯度，并引起碳在奥氏体中不断地从高浓度处向低浓度处扩散，从而破坏了相界面的平衡。
为了恢复平衡Fe3C就不断地溶人奥氏体，以保持它们之间的相界面的碳浓度。
与此同时，在另一侧界面上，由于奥氏体的碳原子向铁素体中不断扩散，致使铁素体不断转变为奥氏体。
这样奥氏体的两个界面就不断地向铁素体和Fe3C方向移动，奥氏体便长大。
在铁素体内，由于它与Fe3C和奥氏体接触的两个界面之间也存在碳浓度差，因此，碳在铁素体内也进行着扩散，结果加速铁素体向奥氏体的转变，使奥氏体长大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
奥氏体的形成过程由Fe的晶格改组和Fe、C 原子的扩散，它包括四个阶段：
奥氏体核的形成； 奥氏体核的长大 剩余渗碳体溶解； 奥氏体成分均匀化
Page 2
（一）、奥氏体形核的形成 ： 1、形核位置： （1）F/Fe3C界面；奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体相界面 处通过扩散机制形成； （2）珠光体团交界处； （3）先共析铁素体/珠光体团交界处。 2、在上述位置优先在铁素体与渗碳体相界面处形核，这是由 于满足三个起伏：
Page 4
（二）、奥氏体核的长大：
1、碳原子在奥氏体中的扩散：
C A：奥氏体的碳浓度，0.77%； CA-F：奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量（GS线）； CA- Fe3C：奥氏体中靠近渗碳体一侧含碳量（ES线）； CF-A：铁素体中靠近奥氏体一侧含碳量（GP线）； CF- Fe3C：铁素体中靠近渗碳体一侧含碳量（QP的延长线）； Fe3C：渗碳体的碳浓度，6.69%。
（1）、界面上存在浓度结构起伏；相界面处存在碳的浓 度起伏；轻易满足形成奥氏体所需的碳浓度。相界面处存在结 构起伏；
（2）、界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏；此处原 子排列紊乱，位错、空位浓度较高，轻易满足形成奥氏体所需 的能量；
（3）、有渗碳体溶解后的碳原子补充。
Page 3
3、有时在铁素体内部也能形核，只要满足： （1）、温度高，提供足够的相变驱动力； （2）、有嵌镶块，提供足够的浓度条件和晶核尺寸。 4、奥氏体形核(在加热不快，温度不高的条件下)：有铁原子和碳 原子扩散机制。
2、碳原子在铁素体内部的扩散： 碳在奥氏体中的扩散的同时，在奥氏体中出现了碳的浓度梯 度（CA-Fe3C－CA-F），碳在铁素体中也 进行扩散,促使奥氏 体长大。由于F中与A交界的界面浓度CF-A原子向A一侧扩散， 使F中碳浓度升高，有利于向奥氏体的转化。
Page 6
（三）、剩余渗碳体溶解：
铁素体消失以后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分渗碳体称为剩余渗 碳体。 1、实验现象： （1）、F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变； （2）、测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77%。 2、原因： Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线，S点不在CA-F与CA- Fe3C中点，而 稍偏右。所以A中平均 碳浓度，即(CA-F + CA- Fe3C)/2低于S点成分。 当F全部转变为A后，多余的碳即以Fe3C形式存在。 通过随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体通过碳原子的扩散，不 断溶入奥氏体中，使奥氏体的碳浓度逐渐接近共析成分。这一阶段一直 进行到渗碳体全部消失为止。
Page 8
பைடு நூலகம்
Page 7
（四）、奥氏体成分均匀化： 当剩余渗碳体全部溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原 来存在渗碳体的区域碳浓度较高，而原来存在铁素体的区域碳浓 度较低，只有继续延长保温时间，使碳原子充分扩散才能得到成 分均匀的单相奥氏体。
综上述共析碳钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原子的扩散， 通过形核—长大—碳化物溶解—奥氏体均匀化四个步骤实现的。