二章钢的加热转变
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金属热处理
第二章 钢的加热转变百度文库
主讲教师 从善海
材料与冶金学院 金属材料工程系
§2-1 奥氏体的形成
一、奥氏体的结构
1）γ-Fe的面心立方晶格 2）碳溶解于γ-Fe面心立方晶格的八面体间隙（有效间 隙半径 0.053nm,碳原子半径0.077nm）
3）容碳能力较大：在727℃时溶 碳为wt% =0.77，1148℃时 wt% =2.11。 碳原子在γ-Fe中
奥氏体显微组织 （晶内有孪晶） 1000×
奥氏体 共晶碳化物
亚共晶成分的奥氏体耐热钢 金相组织 500X
四、奥氏体形成的条件
1.铁碳平衡相图中奥氏体 形成的形成温度
他是在极缓慢小于0.125℃/min 加热条件下，达到A1（727℃）
时，由珠光体（P）转变为奥
氏体
转变为A 的次序
P
先共析F 或Fe3C
珠光体（P）和奥氏体（γ）自由能 随温度的变化曲线（示意图）
奥氏体形成的热力学条件是： 必须在A1温度以上（即在一定的过热条件下）
奥氏体才能形成。
●△T（过热度） ，则△Gv ，转变速度也就愈快。
§2-2 奥氏体形成机理
珠光体P
а+ Fe3C
а-0.02%c + Fe3C-6.69% c
奥氏体A γ
Cγ-cem > Cγ-а ， Cа-cem > Cа-γ Cγ/Fe3c > Cγ/а ，Cа/Fe3c > Cа/γ
表达意 思相同
图2-5 共析钢加热时奥氏体碳浓度的分布
奥氏体在珠光体中沿垂直于片层 方向长大时碳原子的扩散示意图
（横向长大）
Cγ/Fe3c > Cγ/а ， Cа/Fe3c > Cа/γ
也正是奥氏体具有高塑性、底屈服强度，所以锻造、 轧制才加热到奥氏体相区进行。
三、奥氏体的显微组织
其组织形态与原始组织、加热速度、加热转 变的程度有关。主要有三种组织状态：
组织形态 有三种
①通常为颗粒状
②快速加热时可 形成针状
③充分长大后为 等轴多边形状
一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒所 组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。
奥氏体沿珠光体片层方向长大时碳原子的扩散 （纵向长大）示意图
③ 渗碳体的溶解
奥氏体核的长大过程中存在三个问题： （1）奥氏体核的长大过程中,铁素体向奥氏体转变速度远大 于渗碳体的转变速度，因为： ●Cа/γ＜＜C γ/Fe3c, F与A的晶体结构差异较小； ● Fe3C 与A的晶体结构（Fe3C：复杂的正交晶格，A：面心 立方） 差异较大； （2）铁素体完全实现晶格点阵重建时，即认为奥氏体刚刚基 本形成，此时奥氏体的平均碳浓度低于共析成分C0
界面出的平衡浓度为： Cγ/Fe3c > Cγ/а ， Cа/Fe3c > Cа/γ
随着C扩散的进行， Cγ/а 浓度增高，而Cγ/Fe3c的浓度 降低，破坏了平衡，为了恢复平衡，Fe3C势必不断地溶 解，又有碳原子溶入奥氏体，使其含C量升高而恢复到 Cγ/Fe3c ；与此同时，发生奥氏体的C原子向F的扩散，促 进这部分F转变为奥氏体，并使其自身的含C量降低而回 复到Cγ/а。这样，C浓度失去平衡和恢复平衡的反复循 环过程，就使奥氏体逐步地向Fe3C、F两边长大、推 进，直至F消失而全部转变为奥氏体。
●加热时的临界温度 用脚标C表示： AC1、 AC3、ACcm；
●冷却时的临界温度 用脚标r表示： Ar1、Ar3、Arcm。
●珠光体被加热到A1以上而转变为奥氏体驱动力
P
A转变的驱动力为:
奥氏体形成的热力学条件
自由能差 △Gv = Gp - Gr
珠光体与奥氏体的自由能均 随温度的升高而降低，但是下 降的速度不同，相交于某一温 度 ， 该 交 点 所 对 应 的 温 度 即 A1 （727℃）。右图是珠光体、奥 氏体的自由能与温度的关系。
A
钢由加热前的组织转变为 奥氏体被称为钢的加热转 变或奥氏体化过程。
无论是退火、正火、淬火、 渗碳等，都首先要把钢件 加热到奥氏体状态。
℃
Ac3
Ac1
加热
室温：钢
完全奥氏体化 部分奥氏体化
保温
珠光体
等温
贝氏体
马氏体
时间
铁-碳平衡相图
2.实际加热（冷却）条件下的临界温度
在加热（冷却）速度大于0.125℃/min时，对临界点 A1，A3，Acm产生的影响：
γ-0.79% c
形成机理
奥氏体的核是在F与Fe3C的交界面 上通过碳原子的扩散机构形成的。
加热过程中，珠光体向奥氏体转变的四个过程☆
①奥氏体核的形成 ②奥氏体核的长大 ③渗C体的溶解 ④奥氏体成分的均匀化。
①奥氏体形核
形核位置：优先在P中的F与Fe3C的相界面产生奥氏体晶核。 形核的有利条件：在相界面上的径错、空位密度较高，原子排列
较不规整，各向获得形成奥氏体时所需要的能量和浓度的条件。
②奥氏体的长大 奥氏体晶核形成后便开始长大，长大过程是受C在 奥氏体中扩散所控制。
● A核的长大的通过以下三个途径进行：
（1）是通过Fe3C的溶解 （2）C原子在A中的扩散 （3）A两侧的界面向F及Fe3C推移来进行的
奥氏体长大的机制解释
根据Fe-Fe3C 相图,在AC1 以上某一温度t1形成一奥 氏体晶核。奥氏体晶核形 成之后，将产生两个新的 相界面，一个是奥氏体与 渗碳体相界面： γ/ Fe3C，另一个是奥氏 体与铁素体相界面γ/а 。
可能的间隙位置
二、奥氏体的性能
（1）磁性： 奥氏体具有顺磁性。可作为无磁钢，如：奥氏体
不锈钢1Cr18Ni9Ti、OCr25Ni20等是无磁钢。 铁素体、马氏体则具有铁磁性。
（2）比容： 在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。可利用这
一点调整残余奥氏体的量，以达到减少淬火工件体积变 大的目的。
（3）膨胀系数： 奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀
系数高出约一倍。故奥氏体钢也可被用来制作要求热膨 胀灵敏的仪表元件。
（4）导热性： 除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。因此，为避免热
应力引起的工件变形，奥氏体钢不可采用过大的加热速 度加热。
（5）力学性能：具有高的塑性、低的屈服强度
容易进行塑性变形把钢件加工成形，也由于奥氏 体的面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，至密度 高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从 而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢。
第二章 钢的加热转变百度文库
主讲教师 从善海
材料与冶金学院 金属材料工程系
§2-1 奥氏体的形成
一、奥氏体的结构
1）γ-Fe的面心立方晶格 2）碳溶解于γ-Fe面心立方晶格的八面体间隙（有效间 隙半径 0.053nm,碳原子半径0.077nm）
3）容碳能力较大：在727℃时溶 碳为wt% =0.77，1148℃时 wt% =2.11。 碳原子在γ-Fe中
奥氏体显微组织 （晶内有孪晶） 1000×
奥氏体 共晶碳化物
亚共晶成分的奥氏体耐热钢 金相组织 500X
四、奥氏体形成的条件
1.铁碳平衡相图中奥氏体 形成的形成温度
他是在极缓慢小于0.125℃/min 加热条件下，达到A1（727℃）
时，由珠光体（P）转变为奥
氏体
转变为A 的次序
P
先共析F 或Fe3C
珠光体（P）和奥氏体（γ）自由能 随温度的变化曲线（示意图）
奥氏体形成的热力学条件是： 必须在A1温度以上（即在一定的过热条件下）
奥氏体才能形成。
●△T（过热度） ，则△Gv ，转变速度也就愈快。
§2-2 奥氏体形成机理
珠光体P
а+ Fe3C
а-0.02%c + Fe3C-6.69% c
奥氏体A γ
Cγ-cem > Cγ-а ， Cа-cem > Cа-γ Cγ/Fe3c > Cγ/а ，Cа/Fe3c > Cа/γ
表达意 思相同
图2-5 共析钢加热时奥氏体碳浓度的分布
奥氏体在珠光体中沿垂直于片层 方向长大时碳原子的扩散示意图
（横向长大）
Cγ/Fe3c > Cγ/а ， Cа/Fe3c > Cа/γ
也正是奥氏体具有高塑性、底屈服强度，所以锻造、 轧制才加热到奥氏体相区进行。
三、奥氏体的显微组织
其组织形态与原始组织、加热速度、加热转 变的程度有关。主要有三种组织状态：
组织形态 有三种
①通常为颗粒状
②快速加热时可 形成针状
③充分长大后为 等轴多边形状
一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒所 组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。
奥氏体沿珠光体片层方向长大时碳原子的扩散 （纵向长大）示意图
③ 渗碳体的溶解
奥氏体核的长大过程中存在三个问题： （1）奥氏体核的长大过程中,铁素体向奥氏体转变速度远大 于渗碳体的转变速度，因为： ●Cа/γ＜＜C γ/Fe3c, F与A的晶体结构差异较小； ● Fe3C 与A的晶体结构（Fe3C：复杂的正交晶格，A：面心 立方） 差异较大； （2）铁素体完全实现晶格点阵重建时，即认为奥氏体刚刚基 本形成，此时奥氏体的平均碳浓度低于共析成分C0
界面出的平衡浓度为： Cγ/Fe3c > Cγ/а ， Cа/Fe3c > Cа/γ
随着C扩散的进行， Cγ/а 浓度增高，而Cγ/Fe3c的浓度 降低，破坏了平衡，为了恢复平衡，Fe3C势必不断地溶 解，又有碳原子溶入奥氏体，使其含C量升高而恢复到 Cγ/Fe3c ；与此同时，发生奥氏体的C原子向F的扩散，促 进这部分F转变为奥氏体，并使其自身的含C量降低而回 复到Cγ/а。这样，C浓度失去平衡和恢复平衡的反复循 环过程，就使奥氏体逐步地向Fe3C、F两边长大、推 进，直至F消失而全部转变为奥氏体。
●加热时的临界温度 用脚标C表示： AC1、 AC3、ACcm；
●冷却时的临界温度 用脚标r表示： Ar1、Ar3、Arcm。
●珠光体被加热到A1以上而转变为奥氏体驱动力
P
A转变的驱动力为:
奥氏体形成的热力学条件
自由能差 △Gv = Gp - Gr
珠光体与奥氏体的自由能均 随温度的升高而降低，但是下 降的速度不同，相交于某一温 度 ， 该 交 点 所 对 应 的 温 度 即 A1 （727℃）。右图是珠光体、奥 氏体的自由能与温度的关系。
A
钢由加热前的组织转变为 奥氏体被称为钢的加热转 变或奥氏体化过程。
无论是退火、正火、淬火、 渗碳等，都首先要把钢件 加热到奥氏体状态。
℃
Ac3
Ac1
加热
室温：钢
完全奥氏体化 部分奥氏体化
保温
珠光体
等温
贝氏体
马氏体
时间
铁-碳平衡相图
2.实际加热（冷却）条件下的临界温度
在加热（冷却）速度大于0.125℃/min时，对临界点 A1，A3，Acm产生的影响：
γ-0.79% c
形成机理
奥氏体的核是在F与Fe3C的交界面 上通过碳原子的扩散机构形成的。
加热过程中，珠光体向奥氏体转变的四个过程☆
①奥氏体核的形成 ②奥氏体核的长大 ③渗C体的溶解 ④奥氏体成分的均匀化。
①奥氏体形核
形核位置：优先在P中的F与Fe3C的相界面产生奥氏体晶核。 形核的有利条件：在相界面上的径错、空位密度较高，原子排列
较不规整，各向获得形成奥氏体时所需要的能量和浓度的条件。
②奥氏体的长大 奥氏体晶核形成后便开始长大，长大过程是受C在 奥氏体中扩散所控制。
● A核的长大的通过以下三个途径进行：
（1）是通过Fe3C的溶解 （2）C原子在A中的扩散 （3）A两侧的界面向F及Fe3C推移来进行的
奥氏体长大的机制解释
根据Fe-Fe3C 相图,在AC1 以上某一温度t1形成一奥 氏体晶核。奥氏体晶核形 成之后，将产生两个新的 相界面，一个是奥氏体与 渗碳体相界面： γ/ Fe3C，另一个是奥氏 体与铁素体相界面γ/а 。
可能的间隙位置
二、奥氏体的性能
（1）磁性： 奥氏体具有顺磁性。可作为无磁钢，如：奥氏体
不锈钢1Cr18Ni9Ti、OCr25Ni20等是无磁钢。 铁素体、马氏体则具有铁磁性。
（2）比容： 在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。可利用这
一点调整残余奥氏体的量，以达到减少淬火工件体积变 大的目的。
（3）膨胀系数： 奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀
系数高出约一倍。故奥氏体钢也可被用来制作要求热膨 胀灵敏的仪表元件。
（4）导热性： 除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。因此，为避免热
应力引起的工件变形，奥氏体钢不可采用过大的加热速 度加热。
（5）力学性能：具有高的塑性、低的屈服强度
容易进行塑性变形把钢件加工成形，也由于奥氏 体的面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，至密度 高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从 而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢。