3奥氏体的形成

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亚共析碳钢的奥氏体等温形成动力学图
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3.3、奥氏体转变动力学
二.奥氏体等温形成动力学分析 1、形核率 均匀形核
T℃
T2 T1 F A
G * Q I C exp( ) KT
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3.3、奥氏体转变动力学
二.奥氏体等温形成动力学分析 2、A长大线速度
dc J -D dx
F A Fe3C
前提：①忽略F和Fe3C中的浓度梯度
②相界面处维持局部平衡 ③C在A中扩散达准稳态
导出，相界面推移速度为：
dC 1 G KD dx C B
K—比例系数，D— C在A中扩散系数， dC/dx—A中浓度梯度 △CB— 两相在界面上的浓度差
3.2、奥氏体形成机理 (以共析钢为例）
形核+长大 1.奥氏体的形核 F + Fe3C
Ac1 加热
A
0.77% fcc F Fe3C 球 状 P 形 核
0.0218% 6.69% bcc 复杂斜方
A
球状珠光体中： 优先在F/Fe3C界面形核 片状珠光体中： 优先在珠光体团的界面形核 也在F/Fe3C片层界ห้องสมุดไป่ตู้形核
原始组织
5S
8S
15S 材料热处理及表面工程 , SMSE,CUMT
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球状P向A下一页 的转变 返
回
3.2、奥氏体形成机理
1.奥氏体的形核 2.奥氏体的长大 3. 残余碳化物的溶解 残余碳化物: 当F完全转变为A时，仍有部分Fe3C没有转变为A，称为 残余碳化物。 ∵A/F界面向F推移速度 > A/Fe3C界面向Fe3C推移速度 残余碳化物溶解: 由Fe3C中的C原子向A中扩散, Fe原子向A晶体点阵改组实现的.
3. A形成的条件
过热（T>A1）
G
GA
GP
△ GV<0 △T Ac1 A1=727℃ T℃
过热度△T ↗，Ac1 ↗，驱动力↗，转变速度↗。
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奥氏体化
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Acm S A1
727℃ K
F + Fe3C → C%
Fe
Fe3C
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奥氏体的形成—— 指钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体的过程。
例如：珠光体加热形成奥氏体
相转变： 碳含量： 点阵结构: F + 0.0218% bcc Fe3C 6.69% 复杂斜方
△G*-临界形核功,Q-扩散激活能,
CF/A CF/Fe3C CA/F
CA/Fe3C
C
T↗，I↗，其原因： T↗ ，A形核所需的浓度起伏↘ T↗，相变驱动力增加，△G*↘ T↗，能克服能垒进行扩散的原子数↗ 非均匀形核率—— 受温度影响与均匀形核一致， 还受形核位臵数（缺陷数）影响
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二、奥氏体性能 高温相，加入一定的合金元素可在室温存在 高塑性、低屈服强度 利用奥氏体量改善材料塑性 顺磁性能 测残余奥氏体和相变点 线膨胀系数大 应用于仪表元件 导热性能差 比容最小
利用残余奥氏体量减少材料淬火变形
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3.1、奥氏体及其形成
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C
Fe3C
CA/Fe3C
CA/F
A
CF/Fe3C
F T℃ T1 CF/A A Fe F
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℃ A
G
E
Acm
1148℃
A3
0.41 0.89
780
F P F+P Q Fe 0.0218
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3.2、奥氏体形成机理
1.奥氏体的形核 2.奥氏体的长大 A的长大是通过A两侧界面 向F和Fe3C推移来进行的。 长大包括了下列过程： 渗碳体的溶解， F→A的晶格改组， C原子在A中的扩散。
4s
6s
8s
15s
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第三章
奥氏体与钢的加热转变
3.1、奥氏体及其形成 3.2、奥氏体形成机理
3.3、奥氏体转变动力学
3.4、奥氏体晶粒长大及其控制
3.5、非平衡组织向奥氏体的转变
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是不是所有的金属材料都可以进行热处理呢？
Ⅰ Ⅱ
L +

A
B
只有能发生固态相变的合金才能进行热处理。
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奥氏体晶核在片状珠光体内长大 （a）SEM；（b）TEM
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3.2、奥氏体形成机理
1.奥氏体的形核 2.奥氏体的长大 片状珠光体 奥氏体向垂直于片层和平行于片层方向长大.
垂直于片层方向长大 相界面上两相浓度符合平衡浓度
C T℃ Fe3C
A
T1 F A
CA/Fe3C
CA/F
CF/Fe3C
A CF/A
CA/F CA/Fe3C
T℃
CF/A T CF/Fe3C
1
C
A
Fe
F
CF/A——F/A界面上F一侧碳浓度， CA/F——F/A界面上A一侧碳浓度 CA/Fe3C ——A/Fe3C界面上A一侧碳浓度, CF/Fe3C——F/Fe3C界面上F一侧碳浓度
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Fe3C F
片 状 P 形 核
珠光体团界
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奥氏体在片状珠光体相界面形核（a）SEM；（b）TEM
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100 奥氏体量（％） 790℃ 50 750℃ 730℃
0
共析钢的奥氏体等温转变量与时间的关系
时间(S)
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100
奥氏体量（％） 790℃ 50 750℃ 730℃
0
共析钢的奥氏体等温转变量与时间的关系
时间(S)
由图可见： （1）A转变有孕育期, （2） A转变速度先增后减，转变量50％时最大
长大受控于C在A中扩散， C在F中扩散起促进作用。
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平行于片层方向长大
奥氏体长大方向 A
F Fe3C
A平行于片层长大速度 > 垂直于片层长大速度
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45钢在735℃加热10min的组织15000×
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A 0.77% fcc
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3.1、奥氏体及其形成
一、奥氏体的组织和结构 1.奥氏体组织 多边形的等轴晶粒，孪晶 2.结构 碳在γ-Fe中的间隙固溶体
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3.1、奥氏体及其形成
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1.平衡加热状态
亚共析钢的奥氏体化 • 室温下组织为 F+P。 • A1以上，F+A
Fe
T℃ A 3 F
A
Acm A1
• A3以上，A
C
A3 A1 FP F A A
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1.平衡加热状态 过共析钢的奥氏体化
三、奥氏体的形成与铁碳相图 平衡加热状态 实际加热状态（非平衡态） T℃ δ A形成的条件 ↑
A
G 912 ℃ E 1148℃ F
A3
A+F F P Q
Acm S
A+ Fe3C
A1
727℃
K
F + Fe3C
Fe
→ C%
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Fe3C
（3） T↗，孕育期↘ ，转变速度↗
（4）此曲线仅表示P→A转变刚结束。
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一.奥氏体等温形成动力学
2、等温转变图(TTA) —Time Temperature Austenitization
奥氏体量（％） 100
790
750
球状珠光体
奥氏体的长大首先包围渗碳体,把渗碳体和铁素体 隔开,然后通过A/F界面向铁素体一侧推移, A / Fe3C界面向Fe3C一侧推移,使F和Fe3C逐渐消失来实现 长大的. 小结：奥氏体的长大受控于C在奥氏体中的扩散 C在F中扩散起促进作用。
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转 变 温 度
A G Ac3
E
Accm Acm Arcm Ac1 P+Cm A1 Ar1
1148℃
A3
Ar3 S
F P F+P Q Fe 0.0218
727℃
0.77
2.11
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C%→
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• 室温下组织为 P+Fe3C • A1以上， Fe3C+A • Acm以上， A
A1 Acm
T℃
A3
A
Acm
F
A1
Fe
C
P Fe3C A Fe3C A
• 在A1〜Acm之间的奥氏体化， 称为不完全奥氏体化， 热处理工艺中常用。
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奥氏体的形成
（以共析钢为例）
奥 氏 体 形 核
奥 氏 体 长 大
残余Fe3C溶解
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奥氏体均匀化
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3.3、奥氏体转变动力学
——奥氏体转变量与温度，时间的关系 一.奥氏体等温形成动力学 1、共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线
钢中固态相变种类最多，其热处理工艺种类也最多， 性能变化最为丰富，应用也最为广泛。 其他金属材料的热处理均是在钢的热处理基础上发展而来
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T℃ δ ↑
E 1148℃ F A+ Fe3C
A G 912 ℃
A3
A+F F P Q
T℃ T2 T1 F
A
讨论： 1)T↗，G ↗
2) GA→F > GA→Fe3C
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CF/A CF/Fe3C CA/F
CA/Fe3C
C
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730
50
T/ ℃
0 800
温度/ ℃
750
P
P+A
A?
t/s
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700
——奥氏体转变开始线 ——奥氏体转变完成线
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TTA图的说明
T/℃ 1 2
3
4
均匀A
A+ Fe3C P+ A P
不均匀A
1—A转变开始线 2—A转变终止线 3—残余Fe3C溶解终止线 4—A均匀化终止线
Ac1
0
101
102
103
104
T(s)
可见：残余A的溶解，特别是成分均匀化所需时间最长。
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过共析碳钢奥氏体等温形成图(TTA)
在AC3(Acm)以上，亚(过)共析钢中的先共析组织转变 （a）通过碳原子在A中扩散而进行的。 （b）不形成新核，通过原有奥氏体向先共析组织长大而完成。
727℃
S P+Cm
0.77 2.11
A1
C%→
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3.2、奥氏体形成机理
1.奥氏体的形核 2.奥氏体的长大 3. 残余碳化物的溶解 4.奥氏体的均匀化 奥氏体的不均匀性： 即使Fe3C完全溶解转变为奥氏体，碳在奥氏体中的 分布仍然不均匀，表现为原Fe3C区域碳浓度高，原 F区碳浓度低。 奥氏体的均匀化： 随着继续加热或继续保温，以便于碳原子不断扩散， 最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。
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2.实际加热状态（非平衡态） 实际加热或冷却都是在较快的速度下进行（非平衡过 程），实际转变温度与相图中的临界温度存在一定的偏离， 会出现滞后。 也即G= G A - Gp ＜0 才发生转变。 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，用Ar表示 Ar1、Ar3、Arcm