钢在高温加热时的转变

1奥氏体在α/Fe3C界面形核 核向F及Fe3C两个方向长大 物溶解 4奥氏体均匀化
2奥氏体晶 3剩余碳化
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亚共析钢
F＋P
Ac1以上
A ＋F
Ac3以上
A
过共析钢
P ＋Fe3C
Ac1以上
A＋Fe3C
Accm以上
A
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►
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2.2.2 非平衡组织向奥氏体的转变
1. 针状奥氏体与颗粒状奥氏体
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加热和冷却时的临界点
加热： A1－Ac1 A3－Ac3 Acm－Accm 冷却：A1－Ar1 A3－Ar3 Acm－Arcm
图2.4 加热和冷却速度为0.125℃/min 时相变点的变动
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2.2 奥氏体形成机理
平衡组织 (珠光体) 非平衡组织 (马氏体、贝氏体等)
奥氏体
2.2.1 珠光体类组织向奥氏体的转变
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奥氏体晶核长大
奥氏体的长大过程是γ/α和γ/Fe3C两个相界面 向原来的铁素体和渗碳体中推移的过程。
A+F
A+Fe3C
图2.5 共析钢奥氏体晶核长大 (a) T1温度下各相中C的浓度 (b) 相界面的推移
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奥氏体中的碳浓度差是相界面推移的驱 动力，相界面推移的结果是Fe3C不断溶解，α 相逐渐转变为γ相。
(b) 通过一种合并长大的机理变成大晶粒 奥氏体，这种大晶粒往往会与原奥氏体晶 粒重合，即产生所谓“遗传”现象(指钢加 热后得到的奥氏体晶粒就是前一次奥氏体 化时所得到的晶粒)。
颗粒状奥氏体的形成规律，与珠光体 向奥氏体的转变类似。
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2.非平衡组织加热转变的主要影响因素
化学成分 碳钢—不易形成针状或颗粒状； 合金钢—合金元素的加入将使含碳过饱和的α相（αˊ） 的分解及αˊ基体的再结晶过程变慢，发生αˊ →γ； 加热速度 慢速—1-2oC/min： 碳钢—不易形成针状或颗粒状奥氏体； 合金钢—发生αˊ →γ； 快速—1000oC/s： 无论碳钢还是合金钢均wenku.baidu.com发生αˊ →γ； 中速—介于之间：
固态相变类型
①结构 ②成分 同素异构转变、多型性转变、马氏 体转变等； 调幅分解； 有序化转变；
③有序化程度
④结构和成分
共析转变、贝氏体转变、脱
溶沉淀等。
1
共格→界面能小，弹性应变能大 界面结构
半共格→介于之间
非共格→界面能大，弹性应变能小 均匀形核→在母相基体中无择优任意形核
新相形核
非均匀形核→依附于母相中的缺陷择优形 核 (如空位、位错、晶界等） 半共格界面迁移 切变长大(协同长大) 界面位错运动
剩余碳化物溶解
奥氏体长大过程中，由于 Cγ/Fe3C>>Cγ/α， 因此长大中的奥氏体溶解铁素体的速度始终 大于溶解渗碳体的速度，故在共析钢中总是 铁素体先消失，剩有残余渗碳体。
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奥氏体成分均匀化
残留Fe3C全部溶解后，碳在奥氏体中的分 布仍不均匀。继续加热或保温，使碳原子充分 扩散，整个奥氏体中碳的分布趋于均匀。 奥氏体的形成过程分为四个阶段：
非平衡组织（主要是马氏体）在加热时，会 同时形成针状和球状（颗粒状）两种形状的奥氏 体。形成球状奥氏体是其主流，针状奥氏体只是 在奥氏体化初始阶段的一种过渡性组织形态。
（a）针状奥氏体；（b）颗粒状奥氏体
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针状奥氏体在继续保温或升温过程中发 生变化：
(a) 通过再结晶变成球状奥氏体；
↓
奥氏体钢可作为无磁性钢 奥氏体线膨胀系数最大 ↓ 奥氏体钢制造热膨胀灵敏的仪表元件 奥氏体导热性最差，奥氏体钢加热时， 热透慢，加热速度应慢一些。
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2.1.2 奥氏体的形成条件

驱动力
自由能差 ΔGV即为P→A 转变的驱动力。 转变必须远离平衡态， 即存在过热度ΔT。
图2.3 珠光体和奥氏体自由能与温度的关系

出现过渡现象，发生αˊ →γ。
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2.3 奥氏体形成动力学
研究奥氏体的转变量与温度和时间的关系。
2.3.1 奥氏体等温形成动力学
1. 奥氏体等温形成动力学曲线的建立 将若干小试样迅速加热到AC1以上的不同温度， 保温不同时间后，迅速水淬；

用金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系(实 际上是测定奥氏体水淬后转变成马氏体的量与 时间的关系)。
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2.1 奥氏体的形成
2.1.1 奥氏体的组织结构和性能
奥氏体是C原子溶入γ-Fe中构成的固溶体。
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奥氏体组织
奥氏体晶粒一般 为等轴状多边形，在 晶粒内有孪晶。转变 刚结束时，晶粒比较 细小，晶粒边界呈不 规则的弧形，保温后 晶粒长大，晶粒边界 趋向平直化。
图2.1 1Cr18Ni9Ti钢室温的 奥氏体组织
奥氏体的形核 奥氏体优先 形核的位置
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α/Fe3C界面或 珠光体团界面
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α/Fe3C界面形核原因
1）易于获得所需的浓度起伏。 2 ）易于获得所需的结构起伏。在两相界面 处，原子排列不规则，铁原子有可能通过 短程扩散，由母相点阵向新相点阵转移， 满足形核所需的结构。 3 ）易于获得所需的能量起伏。新相形核时 可消除部分晶体缺陷，使系统的自由能降 低，产生的应变能也易于借助相界 ( 晶界 ) 流变而释放。
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奥氏体晶体结构
奥氏体为面心立 方结构，碳原子位于 晶胞八面体的中心或 棱边的中点。
图2.2 奥氏体晶胞及碳原子的可能位置
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奥氏体的性能
奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高 ↓ 质量体积最小
奥氏体的点阵滑移系多 ↓ 塑性好，屈服强度低，易于加工变形
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奥氏体具有顺磁性
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图2.6 共析钢奥氏体等温形成动力学曲线
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(α+Fe3C+γ) (α+Fe3C)
图2.7 共析钢等温形成动力学图 （Time-Temperature-Austenitization,TTA图）
晶核长大
(无扩散型)
非共格界面迁移
(扩散型)
非协同长大
台阶长大
2
第2章 钢在高温加热时的奥氏体转变
2.1 奥氏体的形成
2.2 奥氏体形成机理
2.3 奥氏体形成动力学 2.4 奥氏体晶粒的长大及其控制
3
钢件在热处理、热加工等循环过 程中，其加热温度高于临界点以上时 将得到奥氏体组织，而奥氏体晶粒大 小、亚结构、成分、均匀性以及是否 存在其它相、夹杂物等直接影响钢的 最终性能。