奥氏体
奥氏体
奥氏体：碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
回火：是将淬火钢加热到低于临界点A1某一温度，保温一定时间后，以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺退火：是将钢加热到临界点Ac1 以上或以下温度，经保温后缓慢冷却下来（一般为随炉冷却或埋入石灰中），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
退火的目的是：1、降低硬度，便于切削加工；2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火做好准备；3、消除内应力正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温以后在空气中冷却得到珠光体类型组织的热处理工艺。
淬火：是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却，使奥氏体转变为马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。
加热温度亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30~50℃；共析、过共析钢为Ac1以上30～50℃淬透性与淬硬; 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。
不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。
淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。
钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素：①化学成分c曲线距纵坐标愈远，淬火的临界冷却速度愈小，则钢的淬透性愈好。
对于碳钢，钢中含碳量愈接近共析成分，其c曲线愈靠右，临界冷却速度愈小，则淬透性愈好，即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大，过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小。
除co和al（＞2.5%）以外的大多数合金元素都使c曲线右移，使钢的淬透性增加，因此合金钢的淬透性比碳钢好。
②奥氏体化温度温度愈高，晶粒愈粗，未溶第二相愈少，淬透性愈好。
退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范围。
答：（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。
2.1 钢中的奥氏体
2.1 奥氏体的组织结构
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。 奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。 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。
1).奥氏体组织
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶 粒内有孪晶。如图2－1a).b)所示。 图中出现的灰白不同的衬度是由于各晶粒暴露 在试样表面上的晶面具有不同的取向的缘故。
(a) T8 钢的奥氏体晶粒(暗场像) (b) 1Cr18Ni9Ti钢室温的奥氏体组织
(a)
(b)
2)、奥氏体的晶体结构（f.c.c）
碳原子的间隙有限固溶
实际上在 1147℃时，碳在奥氏体中的最大溶解度仅为 2.11 ％ （质量百分数），这是由于 γ － Fe 的八面体中心的间隙半径仅为 0.52Å，比碳原子的半径 0.86Å小。碳原子溶入将使八面体发生较 大的膨胀，产生畸变，溶入愈多，畸变愈大，晶格将不稳定，因 此不是所有的八面体中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。 如果图 4 － 2 所示的间隙位置都被碳原子占据，则一个晶胞中 含有4个铁原子和4个碳原子，则原子分数为50%,折合17.6wt％C， 已知： γ －Fe 中不可能溶入17.6wt％C 。 但是，实际上原子分数为 8.7at％C，即25个γ －Fe晶胞中有9 个碳原子。
2.2奥氏体的亚结构
1）孪晶亚结构
20CrMnMo钢奥氏体晶粒 中的退火孪晶（暗场像 （真空加热到1200℃后， 以200℃/min冷却到 800℃拍摄）
奥氏体化名词解释
奥氏体化名词解释
奥氏体名词解释如下：
奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
1、奥氏体是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
2、当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物叫贝氏体或贝茵体。
3、马氏体是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
马氏体的晶体结构为体心四方结构。
4、珠光体是铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物用符号“P”表示。
碳素钢中珠光体组织的平均碳含量约为0.77% 。
5、索氏体指的是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物。
索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体(GB/T7232标准)。
6、通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。
是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细。
钢经淬火后在300~450℃回火所得到的屈氏体称为回火屈氏体。
奥氏体
奥氏体——碳溶解在Y-Fe中的间隙固溶体，它仍然保持Y-Fe的面心立方晶格，景界比较直，呈规则多边形，淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的间隙处，不具有磁性。
马氏体——晶体结构为体心四方结构，中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织，是碳在ɑ-Fe中的过饱和固溶体。
铁素体-——碳溶解在ɑ-Fe立方晶格中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。
渗碳体——碳与铁形成的一种化合物Fe3C,一般含碳6.67&。
珠光体——奥氏体冷却时，在727度发生共析转变的产物，碳质量分数平均为W c=0.77%.
4 金属材料热处理
根据加热，保温和冷却工艺方法的不同，热处理工艺大致分为整体热处理，表面热处理，化学热处理。
2 超耐热合金
1 高熔点只是超耐热合金的一个必要条件。
2 超耐热合金的分类
（1）铁基超耐热合金
（2）镍基超耐热合金
（3）钴基超耐热合金
3提高超耐热合金性能的途径
提高超耐热合金高温强度和耐腐蚀性通常通过两种途径，即改变合金的组织结构和采用特种工艺技术。
3超低温合金
1 超低温对材料的特殊要求（1）防止低温脆性
（2）需要具备低温下的热性能（3）必须是非磁性合金。
奥氏体
科技名词定义
中文名称：奥氏体
英文名称：austenite
定义：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。
应用学科：
机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；
机械工程(2)一般热处理名词（三级学科）
奥氏体简介
英文名称：austenite
晶体结构：面心立方（fcc）
字母代号：A、γ
定义：碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体
命名：为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(1843～1902)对金属科学中的贡献而命名。
微观表述：γ－Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51×10－8cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时，γ－Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时其溶碳量为0.77%。
性能特点：奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。
不具有铁磁性。
因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。
古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。
另外，奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
奥氏体解释
碳溶解在γ铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。
奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
在合金钢中除碳之外，其他合金元素也可溶于奥氏体中，并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。
例如，加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织，即所谓奥氏体钢。
奥氏体的形成
45-39
(2 8)
随加热温度升 高,奥氏体晶粒长大 速度成指数关系迅速 增大. 加热温度升高 时,保温时间应相应 缩短,这样才能获得 细小的奥氏体晶粒.
图2-21 奥氏体晶粒大小与加热 温度,保温时间的关系
45-40
(2)加热速度的影响
加热速度越大,奥氏体的实际形成温度 越高,形核率与长大速度之比(N/G)随 之增大,可以获得细小的起始晶粒度. 快速加热并且短时间保温可以获得细小 的奥氏体晶粒度. 如果此时长时间保温,由于起始晶粒细 小,加上实际形成温度高,奥氏体晶粒很 容易长大.
45-31
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.
图2-13 双晶体中的A,B 两晶粒,其中B晶粒呈球 状存在于A晶粒中.
图2-2 Fe-C 相图
45-2
2.1.2 奥氏体的性能 奥氏体的比容最小,线膨胀系数最大,且为顺 磁性(无磁性).利用这一特性可以定量分析奥 氏体含量,测定相变开始点,制作要求热膨胀灵 敏的仪表元件. 奥氏体的导热系数较小,仅比渗碳体大.为避 免工件的变形,不宜采用过大的加热速度. 奥氏体塑性很好,σS 较低,易于塑性变形. 故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行.
45-3
2.1.3 奥氏体形成的热力学条件
G = Gv + Gs+ Gve - 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. 图2-3 自由能和温度关系图
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
铁素体奥氏体渗碳体珠光体马氏体
深入探讨金属学中的重要概念一、介绍在金属学中，铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体是极为重要的概念，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
本文将深入探讨这些概念，并对其进行全面评估，以便读者能够更好地理解它们。
二、铁素体铁素体是指铁和碳组成的固溶体，是一种具有面心立方结构的金属组织。
在铁碳合金中，当温度高于A3点时，铁的组织结构为铁素体。
铁素体的性质稳定，具有较好的塑性和韧性，是一些重要金属材料的基本组织形式。
三、奥氏体奥氏体是另一种铁碳合金的组织形式，其结构为面心立方。
当温度低于A1点时，铁的组织结构为奥氏体。
奥氏体具有较高的硬度和强度，但塑性和韧性较差。
在一些要求高强度的金属材料中，奥氏体是重要的组织形式。
四、渗碳体渗碳体是指在铁素体或奥氏体内部溶解了一定量的碳，形成固溶体的金相。
渗碳体的形成可以显著提高金属材料的硬度和强度，但会降低其塑性和韧性。
在热处理过程中，渗碳体的形成可以有效改善金属材料的性能。
五、珠光体珠光体是一种由铁素体和渗碳体相互交替排列形成的组织形式，具有条纹状的外观。
珠光体在金属材料中起着重要的强化作用，可以显著提高材料的硬度和强度。
在一些对耐磨性要求较高的金属制品中，珠光体是重要的组织形式。
六、马氏体马氏体是一种在金属材料中由奥氏体或铁素体经过相变而形成的组织形式，具有高硬度和弹性，是一些高强度金属材料的重要组织形式。
马氏体的形成可以显著提高金属材料的强度和耐磨性。
七、总结与回顾通过对铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体的全面评估，我们可以更好地理解这些重要的金属学概念。
铁素体和奥氏体是金属材料的两种基本组织形式，渗碳体、珠光体和马氏体则是在热处理过程中形成的重要组织形式，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
八、个人观点与理解在我看来，对于金属学中的这些重要概念，我们需要深入学习和理解其形成的原理、性质和应用，这对于提高金属材料的设计、加工和应用水平具有重要意义。
奥氏体定义
奥氏体定义
奥氏体是一种金属晶体结构，由铁原子排列形成。
在奥氏体晶体结构中，铁原子被排列成紧密堆积的球形结构，这些球形结构被称为“单元球”。
奥氏体是一种固溶体，即铁原子和其他元素原子在晶格中混合。
通常，在钢材中添加一些其他元素，如碳、铬、钼、镍等，以提高其性能。
在奥氏体钢中，碳含量通常在0.2％到0.8％之间。
奥氏体钢的优点是具有较高的强度和硬度，同时保持良好的可塑性和韧性。
这使得奥氏体钢广泛用于制造各种工程零件，如齿轮、轴承、弹簧、刀具等。
然而，奥氏体钢的缺点是易于发生变形和开裂。
因此，在钢材制造过程中，需要对其进行热处理，即快速冷却，以增加其强度和硬度，并减少其变形和开裂的风险。
这种热处理过程称为淬火。
在淬火过程中，钢材被加热到高温，然后迅速冷却，以形成奥氏体结构。
奥氏体钢还可以通过加热和冷却过程来控制其晶体结构。
在加热过程中，钢材中的奥氏体晶体结构会逐渐转变为费氏体晶体结构，这是一种更软的结构。
在冷却过程中，费氏体晶体结构又会逐渐转变为马氏体晶体结构，这是一种更硬的结构。
这种加热和冷却处理过程称为热处理，可以改变奥氏体钢的性能。
除了钢材外，奥氏体晶体结构还存在于其他金属中，如铝、铜和钛等。
在这些金属中，奥氏体结构也可以通过加热和冷却过程来控制其性质。
奥氏体是一种重要的金属晶体结构，具有优良的机械性能。
在钢材制造和其他金属加工过程中，奥氏体结构的控制和调节是至关重要的。
奥氏体的名词解释
奥氏体的名词解释奥氏体是金属学中一个重要的热处理概念，它指的是钢铁中的一种组织结构。
为了更好地理解奥氏体的概念及其在材料科学中的重要性，我们需要从奥氏体的形成原理、性质以及其在实际应用中的角色进行详细阐述。
1. 奥氏体的形成原理奥氏体的形成与金属的冷却过程密切相关。
当钢铁在高温下进行快速冷却时，铁原子会以一种有序的方式排列，形成一种叫做奥氏体的组织结构。
与奥氏体相对的是珠光体，它是在慢速冷却下形成的，具有另一种特殊的晶格排列方式。
2. 奥氏体的性质奥氏体具有一些独特的性质，这些性质使得其在材料科学和工程中得到广泛应用。
首先，奥氏体的硬度较高，因此具有很好的耐磨性，常用于制造机械零件等需要高强度和耐久性的领域。
其次，奥氏体还具有良好的塑性和可塑性，便于加工和形变。
最后，奥氏体具有较好的耐腐蚀性能，特别适合用于制造具有抗腐蚀要求的设备和结构。
3. 奥氏体的应用奥氏体在工程领域有着广泛的应用。
首先，奥氏体钢是制造不锈钢的重要原料，因为不锈钢需要具备良好的耐腐蚀性和机械性能。
其次，奥氏体钢还广泛应用于汽车制造、航空航天等领域，用于制作车身、发动机零件等。
此外，奥氏体还可通过热处理过程进行调控和改善，以满足不同需要。
4. 奥氏体的变态现象在奥氏体中存在一种变态现象，被称为马氏体转变。
当奥氏体受到外部应力或温度的变化时，可能会发生相变，转变为另一种组织结构，即马氏体。
这种转变会导致材料的性能发生变化，因此在材料设计与工程实践中需加以考虑。
5. 奥氏体的研究和发展奥氏体作为金属学的重要研究领域，随着科技的发展和应用需求的不断提升，得到了广泛的研究和关注。
研究人员通过实验和仿真模拟等手段，探索奥氏体的形成机理、晶体结构、相变规律等方面的问题，为材料科学和工程提供了重要的理论基础和实践指导。
总结起来，奥氏体作为金属学中的重要概念，涉及到钢铁冷却过程中的组织结构形成、性质、应用以及与马氏体的转变关系等领域。
深入研究奥氏体有助于进一步理解材料科学的基本原理以及在工程实践中的应用。
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。
奥氏体
奥氏体(A)
在一般碳钢、合金钢中奥氏体是高温相，室温时很少有奥氏体出现。
只有在锰、镍含量高的合金钢中，常温才有奥氏体组织。
虽然其硬度不高(与珠光体差不多).但在受到高应力强磨损的冲击、压力作用下，表面会形成高硬度的加工硬化层〔如高锰钢、超高锰钢、中锰钢)。
高锰钢等在高应力的作用下耐磨性较高，但在低应力作用下其加工硬化率较低(即磨后硬度低)，耐磨性不如马氏体淬火钢。
因此，在各类球磨机上。
特别是磨煤的球磨机上，应淘汰高锰钢等奥氏体锰钢。
奥氏体的耐磨性虽然不高，但比珠光体要高得多。
在淬火、回火钢和合金白口铸铁中，淬火组织中不可避免地会出现一些残余奥氏体二残余奥氏体是不稳定组织，在应力作用下会转变成马氏体。
当这种转变在金属表面(磨损面)上发生时，会因体积的膨胀而萌生裂纹，致使金属表面层层剥落。
残余奥氏体在承受高应力、硬磨料磨损时，有时也有助于提高耐磨性。
但在实践中大多数材料的生产工艺都尽量让残余奥氏体的量减少到最低。
奥氏体的概念
奥氏体的概念
奥氏体是一种金属组织，由铁和碳以及合金元素合成。
奥氏体具有
高硬度、高强度和优异的塑性、韧性和疲劳强度。
它广泛应用于制造
业中，例如在汽车制造、工程机械制造、船舶制造和建筑结构等领域。
奥氏体的形成是由于铁、碳以及其他合金元素在高温条件下的共同作用。
在制造奥氏体的过程中，必须根据相应的铁碳相图设计出合适的
加热、保温和冷却方式。
这些方法可以根据奥氏体的硬度和韧性的要
求来进行选择，以达到最理想的结果。
奥氏体可以进一步进行热处理，形成其他类型的组织结构，例如马氏
体和贝氏体。
这些组织结构的形成取决于快速或缓慢的冷却速率。
如
果通过快速冷却的方式形成马氏体，会得到更高的硬度和强度。
而通
过缓慢冷却的方式，可以形成贝氏体，具有更高的韧性和耐蚀性。
在一些特殊的情况下，奥氏体的组织结构不适合使用。
当制造出非常
大型的结构件时，奥氏体的内部会形成大的晶粒，缺乏韧性。
这时候
就需要使用铸造和变形工艺，形成铸造组织和冷变形组织。
总之，奥氏体的组织结构对于许多业界的制造和加工具有重要的意义，是制造行业的一项非常关键的技术。
通过合适的制造过程可以获得合
适的奥氏体组织结构，使成品具有足够的强度、硬度、韧性和疲劳强度，从而满足各种应用场合的需要。
奥氏体_精品文档
奥氏体1. 引言奥氏体（Austenite）是固体材料中的一种金属相，具有高度有序的结构和低塑性。
它主要由α铁和γ铁两个晶体相组成，通常在高温下形成，然后通过快速冷却来保留结构。
奥氏体的性质和结构对金属材料的性能和应用具有重要影响。
本文将介绍奥氏体的形成过程、性质和应用。
2. 奥氏体的形成过程奥氏体的形成与金属材料的合金成分和冷却速率紧密相关。
当金属合金中含有充分的合金元素时，奥氏体相就会在高温下形成。
通常情况下，金属材料在高温下通过热处理、加热和保温等工艺步骤来形成奥氏体。
关键的因素是合金元素的溶解度和扩散速率。
当材料被迅速冷却后，奥氏体相就可以被保留下来。
3. 奥氏体的性质3.1 结构特点奥氏体具有高度有序的结构，其晶体结构通常为面心立方（FCC）。
在奥氏体相中，铁原子密堆积于晶格中，形成共面排列。
奥氏体晶格中晶体间距较大，存在较大的空隙，使其具有较低的密度。
3.2 机械性能奥氏体相具有较高的硬度和强度，但其塑性较低。
这是因为奥氏体相中原子排列较为有序，固定结构限制了原子的运动和排列方式。
因此，奥氏体相通常是脆硬的。
3.3 热处理性能奥氏体相可通过热处理进行再结晶和回火来改善其热处理性能。
通过加热奥氏体相并保温，原子会发生扩散，导致晶体结构的再排列，从而减小晶格缺陷和内应力。
4. 奥氏体的应用4.1 钢铁工业作为奥氏体相的铁-碳合金被广泛应用于钢铁工业。
通过控制合金中的碳含量、合金元素添加和冷却速率，可以调节奥氏体含量和性能，从而获得不同用途的钢材。
4.2 不锈钢不锈钢是一种重要的金属材料，其主要成分为奥氏体相和其他合金元素。
奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性、强度和韧性，在化工、航空航天、食品加工和医疗器械等领域得到广泛应用。
4.3 合金硬化在一些高性能合金中，奥氏体相用于增强材料的硬度和强度。
通过合金元素的添加和冷却速率的控制，可以在材料中形成高度有序的奥氏体相，有效提高合金的力学性能。
5. 结论奥氏体作为一种重要的金属相，对金属材料的性能和应用具有重要的影响。
奥氏体组织特征
奥氏体组织特征
奥氏体是一种具有特定结构和性质的金属相，其特征主要包括：
1. 结晶形态：奥氏体呈平面结晶，由较小的颗粒或板状晶粒组成。
2. 内部结构：奥氏体由铁和少量碳组成，其晶格结构呈现相对密排的面心立方结构（FCC），碳原子以溶解在铁基体内部。
3. 成分调整：奥氏体的碳含量对其性质和结构有影响，碳含量在0.02%-2.1%范围内，其中超过0.8%的高碳钢可以形成完全
奥氏体。
4. 硬度和强度：奥氏体相对较硬，其硬度和强度与碳含量和淬火方法有关，高碳钢奥氏体的硬度和强度更高。
5. 韧性：奥氏体的韧性较低，容易发生断裂，特别是高碳奥氏体。
6. 磁性：纯铁的奥氏体是非磁性的，但添加了一定量的碳会使奥氏体具有一定的磁性。
7. 相变：奥氏体在加热过程中发生相变，当温度超过奥氏体的临界点时，会转变为其他相（如铁素体、贝氏体等）。
总体而言，奥氏体具有硬度高、强度高、韧性较低以及一定的磁性等特征，这些特性使其在金属材料中具有重要的应用价值。
名词解释奥氏体
名词解释奥氏体
奥氏体，即白变体，是金属构成的一种微晶结构。
微晶结构是由许多小晶粒形成的结构。
它们彼此紧密连接而且合在一起，这种形式的构成具有金属的柔软和⾼的抗疲劳⾼强度。
一种微晶结构被称为奥氏体，它可以很好地约束萎缩现象，从而使材料具有较强的⾼温性能。
奥氏体结构是⾼种自然微晶结构，它通常存在于室温下许多钢材中，由于具有尺寸较⾼，细小的晶粒尺度以及⾼抗疲劳性能，它们在金属构件中起着⾼常重要的作用。
它们可以在塑料高分子、有机液体中形成，其形式也可以通过合金化的方法改变材料的塑性和结构。
奥氏体具有合金的抗力和易塑性，有着非常重要的生物学和工业应用，广泛应用于航空、宇宙和汽车制造等领域。
飞机的质量主要是由火箭的弹性决定的，所以飞机的框架结构就要求采用细晶体材料，否则会影响飞行安全。
有限元仿真，结合试验发现，一种合金结构可以在⾼温下有较好的力学性能，可以比奥氏体结构更好地考虑均衡特性。
因此，奥氏体结构在不同材料，多样化的结构中被广泛应用，特别是航空航天以及汽车制造等⾼分辨率、⾼强度、高可靠性的领域，它们提供了良好的表观硬度结构和关键的抗疲劳性能。
通过这种结构，许多钢材可以有效地抵抗外部压力，具有良好的应变特性，可以形成良好的成型材料以及易于加工、塑性好、表面硬度高的构件。
奥氏体
奥氏体：奥氏体A或合金元素在γ-Fe中的固溶体。
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。
奥氏体为面心立方结构，碳原子位于奥氏体晶胞八面体的中心，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。
碳原子在奥氏体中的分布也是不均匀的，存在浓度起伏。
奥氏体的晶格常数随着含碳量的增加而增加，这是碳原子溶入使晶格膨胀的缘故。
当奥氏体中含有合金元素时，大多数合金元素如Mn,Cr,Ni,Co,Si等，在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。
奥氏体的特点：1,A是最密排的点阵结构，致密度高，故A的质量体积最小。
转变成M形式时，体积膨胀2,点阵滑移系多，故A的塑性好，屈服强度低，易于加工变形3,A是高温相，在室温下不稳定，但在钢中加入足够多的扩大γ-Fe相区的化学元素，则可使A稳定在室温4。
A具有顺磁性5,A的导热性差，线膨胀系数最大，故可用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
奥氏体形成过程：奥氏体的形成是扩散性相变。
分为四个阶段，即1，奥氏体形核，2，晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大3，剩余碳化物溶解4，奥氏体成分均匀化。
奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。
奥氏体的形成速度取决于形核率N和长大速度vg。
温度越高，晶粒越细。
影响A形成速度的因素：一切影响A形核率和增大素的的因素都影响奥氏体的形成速度。
1.，加热温度：（1）奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增大。
转变孕育期变短，相应的转变终了时间也变短。
（2）随着奥氏体形成温度升高，形核率增大速度高于长大速度的增长速率。
因此奥氏体形成温度愈高，起始晶粒度愈小(3)随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁素体的推移速度与向渗碳体的推移速度之比增大。
当奥氏体将铁素体全部溶解时，剩下的渗碳体量增多。
2,钢中含碳量和原始组织的影响：(1)钢中含碳量愈高，奥氏体形成速度愈快(2.)钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。
3,合金元素的影响：(1)对扩散系数的影响。
强碳化物形成元素，降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而减慢奥氏体的形成速度。
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。
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钢中奥氏体的形成
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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。
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奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，[1]通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。
奥氏体的名称是来自英国的冶金学家罗伯茨·奥斯汀（William Chandler Roberts-Austen）。
奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。
奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
[2]
组成成分
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奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni、Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
[2]
晶体结构
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奥氏体为面心立方结构，碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。
假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子，则碳的最大溶解度应为50%（摩尔分数），相当于质量分数约20%。
实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为
2.11%（质量分数），这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm，比碳原子的半径
0.086nm小。
碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变，溶入越多，畸变越大，
晶格将不稳定，因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。
碳原子溶入奥氏体中，使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀，点阵常数随着碳含量的增加而增大。
大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等，在ˠ-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。
替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同，有的可无限溶解，有的溶解度甚微。
少数元素，如硼仅存在于浸提缺陷处，如晶界、位错等。
[3]
主要性能
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奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥氏体的体积质量比钢中铁素体、马氏体等相的体积质量小。
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，容易引起内应力和变形。
奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性好，屈服强度低，易于加工塑性成形。
因此，钢锭，钢坯，钢材一般被加热到1100˚C以上奥氏体化，然后进行锻轧，塑性加工成材或加工成零部件。
一般钢中的奥氏体具有顺磁性，因此奥氏体钢可以作为无磁性钢。
然而特殊成分的Fe—Ni软磁合金，也具有奥氏体组织，却具有铁磁性。
奥氏体导热性差，线膨胀系数大，比铁素体和渗碳体的平均线性膨胀系数高约一倍。
故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
在碳素钢中，铁素体，珠光体，马氏体，奥氏体和渗碳体的导热系数分别为77.1,51.9,29.3,14.6和4.2。
可见，除渗碳体外，奥氏体的导热性最差，尤其是合金度较高的奥氏体钢更差，所以，厚钢件在热处理过程中应当缓慢冷却和加热，以减少温差热应力，避免开裂。
[4]
形成机理
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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。
[4]
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。
奥氏体晶核的长大
加热到奥氏体相区，在高温下，碳原子扩散速度很快，铁原子和替换原子均能够充分扩散，既能够进行界面扩散，也能够进行体扩散，因此奥氏体的形成是扩散型相变。
剩余碳化物溶解
铁素体消失后，在t1温度下继续保持或继续加热时，随着碳在奥氏体中继续扩散，剩余渗碳体不断向奥氏体中溶解。
奥氏体成分均匀化
当渗碳体刚刚全部融入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，只有经历长时间的保温或继续加热，让碳原子急性充分的扩散才能获得成分均匀的奥氏体。
[4]
影响因素
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影响奥氏体形成速度的因素
1. 加热温度
随加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，使得奥氏体化速度大大增加，形成所需时间缩短。
2. 加热速度
加热速度越快，孕育期缩短，奥氏体开始转变的温度和转变终了的温度越高，转变终了所需的时间越短。
3. 合金元素
钴、镍等加快奥氏体化过程；
铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程；
硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。
由于合金元素的扩散速度比碳慢得多，所以合金钢
的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
4. 原始组织
原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，且渗碳体间距越小，转变速度越快，同时奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大，所以长大速度更快。
球化退火态的粒状珠光体，其相界面较少，因此奥氏体化最慢。
影响奥氏体晶粒长大的因素
1. 加热温度和保温时间
由于奥氏体晶粒长大与原子扩散有密切关系，所以随着温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。
2.加热速度
加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小。
生产上常采用快速加热短时保温工艺来获得超细化晶粒。
3.钢的化学成分
在一定的含碳量范围内，奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。
C%高，C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的自扩散速度均增加，奥氏体晶粒长大倾向增加，但C%超过一定量时，由于形成Fe3CⅡ，阻碍奥氏体晶粒长大。
钢中加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，有利于得到本质细晶粒钢，因为碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。
锰和磷促进晶粒长大。
强碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔点较高，它们弥散分布在奥氏体中阻碍奥氏体晶粒长大；非碳化物形成元素Si、Ni等对奥氏体晶粒长大影响很小。
4.原始组织
一般来说，钢的原始组织越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体晶粒越细小。
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应用领域
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奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多、使用量最大的一种（约占整个不锈钢产量的65~70%）。
最常用的奥氏体不锈钢是Fe-Cr-Ni 系合金（即美国的AISI300 系）；
Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美国AISI200 系）；特殊奥氏体不锈钢等三种。