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Fe3C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。当铁素体全部转变成奥氏体时，便可认为奥氏体的长大过程已经完毕。但此时仍有部分Fe3C尚未溶解，剩余在奥氏体中。但随着保温时间延长或温度升高，剩余Fe3C通过碳的扩散会不断地溶入奥氏体中，使奥氏体的含碳量逐渐接近共析成分。一旦Fe3C全部溶解，这一过程便结束。但此时奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，因此，在保温或升温过程中，通过碳原子的扩散，奥氏休中碳浓度逐渐趋于均匀，最后达到均匀的单相奥氏体。至此，奥氏体的形成过程全部结束。亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同，但只有当前者的加热温度超过A3，后者的加热温度超过Acm并保温足够时间，才能获得均匀单相的奥氏体。奥氏体晶粒的长大（一）奥氏体晶粒度奥氏体晶粒大小是评定钢加热

时质量的重要标准之一，对钢的冷却转变产物的组织和性能都有十分重要的影响。奥氏体晶粒大小用晶粒度表示（通常晶粒度分成8级）。目前，世界上通用的方法是用与标准金相图片相比较来确定晶粒度的级别。具体做法可参阅YB/T 5148-1993《金属平均晶粒度测定方法》。通常认为晶粒度1~4级为粗晶粒，5~8级为细晶粒。1. 起始晶粒度 奥氏体转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的奥氏体晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度。一般起始晶粒度总是十分细小、均匀的。2. 实际晶粒度 钢在某一具体的热处理或热加工条件下获得的奥氏体实际晶粒的大小称为奥氏体的实际晶粒度。它取决于具体的加热温度和保温时间。实际晶粒度总比起始晶粒度大，实际晶粒度对钢热处理后获得的性能有直接的影响。3. 本质晶粒度 本质晶粒度是表示钢在一定的条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。凡随着奥氏体化温度升高，奥氏体晶粒迅速长大的称为本质粗晶粒钢。相反，随着奥氏体化温度升高，在930℃以下时，奥氏体晶粒长大速度缓慢的称为本质细晶粒钢。超过930℃，本质细晶粒钢的奥氏体晶粒也可能迅速长大，有时，其晶粒尺寸甚至会超过本质粗晶粒钢。钢的本质晶粒度与钢的脱氧方法和化学成分有关，一般用Al脱氧的钢为本质细晶粒钢，用Mn、Si脱氧的钢为本质粗晶粒钢。含有碳化物形成元素如Ti、Zr、V、Nb、Mo、W等元素的钢也属本质细晶粒钢。（二）影响奥氏体晶粒长大的因素1. 加热温度和保温时间 加热温度升高，原子扩散速度呈指数关系增大，奥氏体晶粒急剧长大。保温时间延长，奥氏体晶粒长大。2. 加热速度的影响 加热速度越大，奥氏体转变时的过热度也越大，奥氏体的实际形成温度也越高，起始晶粒度则越细。3. 含碳量的影响 在一定含碳量范围内，随着碳含量的增加，奥氏体晶粒长大倾向增大，但当含碳量超过某一限度时，奥氏体晶粒反而变得细小。
回答人的补充 2009-06-18 11:30
4. 合金元素的影响 当钢中含有能形成难熔化合物的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta等时，会强烈阻止奥氏体晶粒长大，并使奥氏体粗化温度升高。但不形成化合物的合金元素，如Si、Ni、Cu则影响不大。Mn、P、S、N等元素溶入奥氏体后，削弱γ-Fe原子间的结合力，加速铁原子的自扩散，所以，会促进奥氏体晶粒长大