钢的加热转变优秀课件

第二章 钢的加热转变
Roberts-Austen罗伯茨-奥斯汀(1843-1902)
• 英国冶金学家。18岁进入皇家矿业学院，后在造币厂从
事金、银和合金成分的研究。1875年当选为英国皇家学会会 员。1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对 金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为 早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。奥斯汀采用 Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计，得以测定了高熔点物质的冷 却速度，创立共晶理论。 • 为纪念他，把γ–Fe及其固溶体的金相组织命名为奥氏 体。
二、奥氏体的性能
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1.奥氏体的存在形式 • 高温时存在：是钢中的高温稳定相； • 室温时存在：是钢中加入足够量的能够扩大奥氏体相区的元素，
可使奥氏体在室温成为 稳定相。所以奥氏体可 以是钢在使用时的一种 组织状态。 例如1Cr18Ni9Ti。
2.力学性能
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• 硬度和屈服强度均不高，碳的固溶体也不能有效地提高其 硬度和强度；
• 面心立方点阵滑移系统多，奥氏体的塑性很好，易于变形， 所以钢的锻造加工常要求在奥氏体稳定存在的高温区域进 行。
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3.物理性能 • 面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，所以奥氏体的比
容最小； • 奥氏体的导热性差，故奥氏体钢加热时不宜采用过大的加热速度，以
免因热应力过大而引起工件变形； • 奥氏体的线膨ห้องสมุดไป่ตู้系数大，且为顺磁性（无磁性）。利用这一特性可以
2.1 奥氏体的形成
一、奥氏体的组织与结构
奥氏体的组织：通常是 由等轴状的多边形晶粒 组成，晶内常可出现相 变孪晶。
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晶体结构：奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳 原子在γ-Fe点阵中处于由Fe原子组成的八面 体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱 边中点。若所有八面体间隙中均填满碳原子， 单位晶胞中应含有4个Fe原子和4个碳原子，其 原子百分比为50%，重量百分比为20%。
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实际上： 奥氏体的最大碳含量为2.11%（重量，1148℃时），原子百分比为 10%，即2-3个晶胞中才有一个原子。
原因：碳原子半径为0.77Å，而γ-Fe点阵中八面体间隙半径仅为 0.52Å，碳原子进入间隙位置后将引起点阵畸变，使其周围的间隙位 置不可能都添满原子。 奥氏体中碳原子含量实际是不均匀的，并不是每个八面体中心都 占据碳原子，而是一部分八面体中含有碳原子，碳在奥氏体中存在浓 度起伏。 碳原子存在，使奥氏体点阵发生等称膨胀变形，若C含量上升，膨 胀程度增加，点阵常数变大。
奥氏体的形成过程可分成四个阶段： （1）奥氏体的形核 （2）奥氏体的长大 （3）渗碳体的溶解 （4）奥氏体的均匀化
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钢加热时奥氏体的形成遵循结晶过程的普遍规律，珠光体向 奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、 剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化
共析钢奥氏体形成过程示意图
难点 意义
奥氏体的形成机理
钢在加热时的组织转变是钢件热处理的基础—为使钢经热处理 后获得所需要的组织和性能，大多数热处理（如退火、正火和 淬火等）都需要将钢件加热至相变临界点以上，形成奥氏体组 织，称为奥氏体化，然后再以一定的速度进行冷却。 加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀性、晶粒大小以及加热 后未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物等过剩相的数量、分布状 况等都对钢的冷却转变过程及转变产物的组织和性能产生重要 的影响。近年来发展起来的超细晶粒化处理、亚温淬火处理等 强韧化处理新工艺均以改变加热规范为主要手段。因此，研究 钢在加热时奥氏体的形成过程具有重要的意义。
钢的加热转变
主要内容
第二章 钢的加热转变
➢奥氏体的形成 奥氏体的性能 奥氏体形成的条件
➢奥氏体形成的机理 珠光体类组织向奥氏体的转变 马氏体向奥氏体的转变 固态相变的晶核长大
➢奥氏体形成的动力学 等温形成动力学 连续加热时奥氏体形成动力学
➢奥氏体晶粒的长大及控制
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重点
掌握钢件在加热过程中的组织转变规律； 掌握奥氏体晶粒大小的影响因素及控制措施。
定量分析奥氏体含量，测定相变开始点，因此奥氏体钢也可以用来制 作热膨胀灵敏的仪表元件； • 单相奥氏体具有耐蚀性能； • 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，可以作为高温用钢。
三、奥氏体的形成条件
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根据Fe-Fe3C相图，在极缓慢加热 时珠光体向奥氏体的转变是在PSK 线即A1温度开始的，而先共析铁素 体和先共析渗碳体向奥氏体的转变 温度则始于A1，分别结束于A3 （GS线）和Acm（ES线）。实际热 处理中，加热和冷却时的相变是在 不平衡的条件下进行的，相变温度 与平衡临界温度之间有一定差异。 加热时相变温度偏向高温，冷却时 偏向低温，而且加热和冷却速度越 快偏差越大。通常将加热时的临界 温度标为Ac1，Ac3，Accm；冷却时 的临界温度标为Ar1，Ar3，Arcm。
当温度等于A1时，奥氏 体和珠光体的自由能相 等，为相变的临界温度。 只有当温度高于A1时， 即有一定程度的过热时， 才存在转变驱动力，使 珠光体转变为奥氏体。
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珠光体和奥氏体的自由能随温 度变化的示意图
2.2 奥氏体形成的机理
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奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变
一、奥氏体的形核
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形核的成分、结构条件
根据Fe-Fe3C平衡状态图，由铁素体和渗碳体两相组成的珠光体加热 到ACl稍上温度时将转变为单相奥氏体，即
相组成： （ α + Fe3C ） → γ 碳含量： 0.02% 6.69% 0.77% 点阵结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
三者的成分和晶体结构都相差很大。珠光体（P） 是由含碳量很低、具有体心立方晶格的α相（铁 素体，F）和含碳量很高、具有复杂晶格的渗碳 体组成的，而奥氏体（A）的含碳量介于二者之 间，晶体结构为面心立方晶格，因此，奥氏体 的形成过程必然包括铁、碳原子的扩散重新分 布和铁晶格的改组。