钢在加热时的转变
钢在加热时的组织转变
钢在加热时的组织转变
1. 钢在加热过程中的组织变化
钢是一种具有高强度和韧性的金属材料，广泛用于机械制造、建筑、船舶、桥梁等领域。
在钢材加工过程中，热处理是一项重要的工艺步骤，可以改善钢的力学性能、提高其使用寿命。
而钢在加热过程中的组织变化，是影响其热处理效果和性能表现的关键因素之一。
2. 软化和晶粒长大
钢材经过冷加工和热加工后，其组织结构会发生变化。
加热可以使钢材发生软化，原因是钢的晶界杂质和碳化物颗粒会被空气中的氧化物气体消耗掉，在高温下形成低能量状态的组织结构，从而改变了材料的硬度和韧度，有利于加工和使用。
同时，钢材在加热时晶粒也会长大，因为温度升高会使晶界能量降低，晶界的迁移和改变也会导致晶粒的长大。
3. 相变和组织重构
除了软化和晶粒长大，加热还可以使钢材发生相变和组织重构。
钢材中的相是指金属组织的多种形态和状态，在不同的温度下会发生相变。
例如，铁素体（ferrite）和奥氏体（austenite）是钢中常见的相，钢的性能也与其相的形态和含量密切相关。
因此，在加热过程中应该控制温度和时间，以使钢材中的相变完成，并尽量避免相的不均匀分布。
4. 总结
总之，钢材在加热时会产生多种组织变化，包括软化、晶粒长大、相变和组织重构等。
这些变化会影响钢材的力学性能、延展性和可加
工性，同时也决定了热处理工艺的制定和实施。
因此，在进行热处理
之前，应该准确了解材料的组织结构和特性，并选择合适的工艺参数
和方式，以使钢材发挥最佳性能。
钢在加热时的转变 ppt课件
测定奥氏体的 转变量与时间 的关系
24
热 处 理 原 理
共析钢奥氏体等温形成图(TTA)
Time-Temperature-Austenitization
参考《钢的热处理》P23合金钢等温TTA曲线
25
热
处
4.2 连续加热时奥氏体形成特征
理 原
理
实际生产中，绝大多数情况下奥 氏体是在连续加热过程中形成的。
➢ 一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成 晶核。
➢ 奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上 （原始奥氏体晶界）形核并且长大，由于这样的 晶界处富集较多的碳原子和其他元素，给奥氏体 形核提供了有利条件。
➢ 下图b)所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成 许多细小的奥氏体晶粒。
16Biblioteka 热 处 理 原 理➢临界点A3和Acm也附加脚标c,r,即：Ac3、Ar3、 Accm、Arcm。
13
热
处
加热和冷却时的临界点
理 原
理
《钢的热处理》P15
14
热
处
3.1 奥氏体形成的热力学条件
理 原
理
➢驱动力
珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图
《钢的热处理》P15
15
热
处
3.2 奥氏体晶核的形成
理 原
理
3.2.1 形核地点
➢因此，一般来说 奥氏体形成后总是剩下渗碳体。 之后，进行渗碳体的溶解过程。
➢虽然珠光体中铁素体片厚度比渗碳体片大得多 （约7倍），仍然是铁素体先消失。
《钢的热处理》P25 扩散定律
33
热 处 理 原 理
4.4 影响奥氏体形成速度的因素
一切影响奥氏体的形核率和增大 速度的因素都影响奥氏体的形成 速度。
钢在加热和冷却时的组织转变
A-P转变 终了线
图2.4 共析碳钢连续冷却转变曲线
马氏体临界 冷却速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
2. 过冷奥氏体的连续冷却转变
过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比,除了多出一 条先共析渗碳体的析出线以外,其他基本相似
亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却大不相同,它除 了多出一条先共析铁素体析出线以外,还出现了贝氏体转变区
机械制造基础
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢在加热和冷却时的组织转变
1.1 钢在加热时的组织转变 1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的热处理
图2.1 钢加热和冷却时各临界点的实际位置
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
钢加热到Accm点以上时会发生珠光体向奥氏体转变 热处理的主要目标就是为了得到奥氏体 严格控制奥氏体的晶粒度是热处理生产中一个重要的问题
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
控制奥氏体晶粒大小的方法：
加热温度 保温时间 加热速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，其冷却转变温度决定了冷却后 的组织和性能
实际生产中采用的冷却方法有：
连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等）图b 等温冷却（如等温淬火）图a
图2.2 两种冷却方式示意图
钢的热处理 1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变
图2.3 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线C曲线
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变珠体转变 贝氏体转变 马氏体转变
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的加热冷却组织转变
（F和Fe3C），转变为另一种晶格形式的单相（A）的过程，在这样的相变过程中，必然伴随 着Fe、C原子的扩散和相应的晶格重构。研究证明，α-γ晶格重构过程实际上是固态下重结
晶的过程，因此，同样遵循结晶的基本规律，是一个形核、长大和均匀化的过程。
珠光体向奥氏体的转变可分为以下3个步骤，共析钢中奥氏体形成过程示意图如图6－3
亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体，因此亚共析钢的奥氏体转变由两个阶段 组成。① 是珠光体向奥氏体的转变（加热到略高Ac1 ）；② 是铁素体向奥氏体的转变（加热 到Ac1～Ac3之间）。珠光体向奥氏体的转变与共析钢相同。当珠光体向奥氏体转变结束时，在 铁素体晶界上开始形成新的奥氏体晶核，这些新的晶核依靠吸收由先形成的奥氏体中越过晶 界扩散过来的碳原子而不断向铁素体晶粒内部长大。当温度略高于Ac3时，铁素体全部转变成 奥氏体，之后碳原子的扩散还要维持一段时间才能使所有奥氏体的成分达到均匀一致。 2.2.2 过共析钢的奥氏体转变
指在规定加热条件下（把钢加热到930±10℃、保温3～8h）所测得的奥氏体晶粒度。本 质晶粒度的实质是表示钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向。不同牌号的钢奥氏体晶粒长大的倾 向是不同的，在一定的温度下把随着温度的升高奥氏体晶粒迅速长大的钢称为本质粗晶粒钢， 而奥氏体的晶粒随温度的升高不易长大的钢称为本质细晶粒钢，钢的本质晶粒度示意图如图 6-8所示。一般需要进行热处理的零件大多采用的是本质细晶粒钢，因为本质细晶粒钢热处理 后易获得细小的实际晶粒度。
过冷或过热现象，在相图上实际的相变温度和平衡临界点就会产生偏移的现象，而且加热或
冷却速度越快，偏移量越大。为了便于区别，通常把实际加热时的各临界点用Ac1、Ac3、Accm 表示，冷却时的各临界点用Ar1、Ar3、Arcm表示。钢的各实际临界点的含义如下：
钢在加热时的组织转变
➢奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的 力学性能较好；
➢粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产织转变
3、影响奥氏体晶粒大小的因素
➢1）加热温度； ➢2）保温时间； ➢3 ） 成 分 （ 含 碳 量 和
第16讲 钢在加热时的组织转变
谢谢大家！
合金元素）的影响；
第16讲 钢在加热时的组织转变
工业生产中细化奥氏体晶粒的方法： ➢ 快速、短时加热或合金化
第16讲 钢在加热时的组织转变
小结 一、钢的临界转变温度 二、钢在加热时的组织转变
第16讲 钢在加热时的组织转变
思考 题
✓ 1、实际加热、冷却时临界点温度如何表示？ ✓ 2、奥氏体的晶粒大小对金属性能的影响？
钢的实际临界转变温度：
Ar3
P Q
A3
Ac3
S
Accm
E Acm
Arcm
Ac1 AA1r1
加热时分别用Ac1、Ac3、Accm表示； 冷却时分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。
Wc/% Fe－Fe3C相图的共析转变部分
第16讲 钢在加热时的组织转变
Fe-Fe3C相图的共析转变部分
➢ 思考：
➢ 亚共析钢(过共析钢)的完全奥氏体化温度？
➢ 由于先共析F（Fe3CII）的存在，要必须加热到相应的A3线（Acm线）
以上，才能获得全部奥氏体组织 。
第16讲 钢在加热时的组织转变 二、 钢在加热时的组织转变 1、钢的加热转变——奥氏体化(以共析钢为例)
奥氏体化是一个形核和长大的过程，分为四步。
共析钢的转变示意图（加热到A1温度以上）
第16讲 钢在加热时的组织转变
《第4章 钢的热处理基础》 第16讲 钢在加热时的组织转变 • 注：本讲部分图片来自网络
钢在加热及冷却时的组织转变
十塚尤邯I十樓碳体I珠光体庶 C (%)―-2 •奥氏体的形成钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程形核长大残余渗碳体溶解均匀化共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P,加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C,加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Acm以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。
因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。
原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
二、钢在冷却时的组织转变冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。
热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
()奥氏体冷却降至A i以下时（A以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体）将发生组织转变。
热处理中采用不同的冷却方式，过冷奥氏体将转变为不同组织，性能具有很大的差异，如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却，其性能的差异。
1 •奥氏体的等温转变奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
这是一种不稳定的过冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转变为稳定的新相。
这种转变就称为奥氏体的等温转变。
［等温冷却转变］:钢经奥氏体化后，迅速冷至临界点（Ar i或A®线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。
［等温转变曲线］:可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，称“ TTT图”，T time，T temperature，T 1ransformation ”，又称为“C 曲线”。
iio ~io^~io 3~~io 1 ~io 5z/s共析钢等温转变曲线图等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在 A i 线以下不同温度进行等温转变 所获的产物。
第一节 钢在加热和冷却时的转变
板条马氏体 针状马氏体
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图12 马氏体透射电镜图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
(4) 马氏体转变的特点 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点
3. 马 氏 体 转 变
是： ①无扩散性 铁和碳原子都不 扩散，因而马氏 体的含碳量与奥 氏体的含碳量相 同。
图13 马氏体组织图
3. 马 氏 体 转 变
状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶 马氏体。
光镜下
21
电镜下
图12 针状马氏体结构图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
70 60 硬度 ( HRC ) 50 1400 40 1000 30 20 10 600
(3) 马氏体的性能
2000 1800
200
0
0.1
0.2
0.3
A1～550℃;高温转变 区;扩散型转变; P 转变 区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区;
物
0
1
10
102
103
104
时间(s)
图 9 3 共析钢C曲线分析
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
（1）普通珠光体 形成温度为A1～650℃，片层较厚，500倍 光镜下可辨，用符号P表示.
3. 马 氏 体 转 变
转变为马氏体类型组织。
马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。 (1) 马氏体的晶体结构 碳在-Fe中的过饱和固溶 体称马氏体，用M表示。
马氏体转变时，奥氏体中的
马氏体组织
碳全部保留到马氏体中。
19
图10 马氏体组织金相图
（二）奥氏体转变产物的组织和性能
45钢加热时组织的变化
45钢加热时组织的变化
45钢在加热时，其组织会发生变化。
具体来说，45钢基体常温下由铁素体和珠光体组成，组织均匀。
当在钎焊环境下加热，当温度为840℃左右时，基体组织全部转化为奥氏体。
然而，由于隧道炉中钎焊金刚石工具加热最高温度为1080℃，这已经超过了奥氏体化的组织在继续加热过程中晶粒不断长大。
当冷却时，开始从奥氏体中析出先共析相铁素体，随着温度的降低，先共析相铁素体量不断减少，而由过冷奥氏体直接转变为极细珠光体型组织。
由于隧道炉的冷却方式是工件处于冷却水套之中缓慢前行，其冷却速度处于空冷和油冷之间，冷速较快，大部分奥氏体来不及转变铁素体，故析出的铁素体较少，珠光体型组织较多。
综上，45钢在加热时，其组织会先转化为奥氏体，然后在冷却过程中，奥氏体会转变成铁素体和珠光体。
如果冷却速度较快，则析出的铁素体会较少，珠光体型组织较多。
钢在加热时的转变
钢在加热时的转变热处理—将固体金属或合金在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需要的工艺性能。
大多数热处理工艺都要将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织，即奥氏体化。
奥氏体的形成奥氏体的形成是形核和长大的过程，也是Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。
分为四步。
共析钢中奥氏体的形成过程如图1所示：第一步奥氏体晶核形成：首先在a与Fe3C相界形核。
第二步奥氏体晶核长大：g晶核通过碳原子的扩散向a和Fe3C方向长大。
第三步残余Fe3C溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。
残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。
第四步奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。
图1 奥氏体的形成示意图亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。
但由于先共析a或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。
2. 影响奥氏体转变速度的因素（1）加热温度和速度增加→转变快；（2）钢中的碳质量分数增加或Fe3C片间距减小→界面多，形核多→转变快；(3)合金元素→钴、镍增加奥氏体化速度，铬、钼等降低奥氏体化速度。
3.奥氏体晶粒度（1）奥氏体晶粒度—奥氏体晶粒越细，退火后组织细，则钢的强度、塑性、韧性较好。
淬火后得到的马氏体也细小，韧性得到改善。
某一具体热处理或加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度。
奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。
通常将钢加热到930±10℃奥氏体化后，保温8小时，设法把奥氏体晶粒保留到室温测得的晶粒度为本质晶粒度。
用来衡量钢加热时奥氏体晶粒的长大倾向。
g晶粒度为1-4级的是本质粗晶粒钢,5-8级的是本质细晶粒钢。
前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。
（2）影响奥氏体晶粒度的因素第一，加热温度越高，保温时间越长→晶粒尺寸越大。
第二，碳质量分数越大晶粒长大倾向增多。
钢在加热时的转变
钢在加热时的转变钢的热处理种类很多，其中除淬火后的回火，消除应力的退火等少数热处理外，均需加热到钢的临界以上，使钢部分或全部转变为奥氏体，然后再以适当的冷却速度冷却，使奥氏体转变为一定的组织并获得所需的性能。
钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体被称为钢的加热转变功奥氏体化过程。
由加热转变所得的奥氏体组织状态，其中包括奥氏体晶粒的大小、形状、空间取向、亚结构、成分及其均匀性等，均将直接影响在随后的冷却过程中所发生的转变及转变所得产物和性能。
因此，弄清钢的加热转变过程，即奥氏体的形成过程是非常重要的。
一、奥氏体形成的热力学条件从Fe —Fe 3C 状态图可知，珠光体被加热到A 1（727℃）以上时将转变为奥氏体。
这是因为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A 1（727℃）。
图1-1是珠光体、奥氏体的自由能与温度的关系。
高于A 1（727℃）时，奥氏体的自由能低于珠光体的自由能，珠光体将转变为奥氏体。
转变的驱动力即珠光体与奥氏体的体积自由之差ΔG V 。
奥氏体形成时系统总的自由能变化为图1-1 珠光体和奥氏体自由能 随温度的变化曲线示意ΔG=ΔG V +ΔG S +ΔG e式中：ΔG V为新相奥氏体与母相珠光体之间的体积自由能差；ΔG S为形奥氏体时所增加的界面能；ΔG e为形成奥氏体时所增加的应变能。
其中ΔG V是奥氏体转变的驱动力，ΔG S与ΔG e是相变的阻力。
因为奥氏体在高温下形成，ΔG e 一项较小，相变的主要阻力是ΔG S。
从能量方程可以看出：当T<T0时，ΔG V=G A-G P>0 ΔG>0 珠光体不能转变为奥氏体；当T=T0时，ΔG V=G A-G P=0 ΔG>0 珠光体不能转变为奥氏体；当T>T0时，ΔG V=G A-G P<0 ΔG<0 珠光体有可能转变为奥氏体；因此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。
钢在加热时的组织转变
钢在加热时的组织转变
实际晶粒度是指钢在具体的热处理或热加工 条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。实际晶粒度 直接影响钢件的性能。实际晶粒度一般比起始晶 粒度大，因为热处理生产中，通常都有一个升温 和保温阶段，就在这段时间内，晶粒有了不同程 度的长大。
钢在加热时的组织转变
不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的 奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，而有些钢的奥氏体 晶粒则不容易长大，如图1-3所示。根据奥氏体晶粒长大倾向的 不同，将钢分为两类：一类与曲线1相似，另一类与曲线2相似。 符合曲线1的钢，晶粒长大倾向大，称为本质粗晶粒钢。符合曲 线2的钢，晶粒长大倾向小，称为本质细晶粒钢。所以“本质晶 粒”并不指具体的晶粒，而是表示某种钢的奥氏体晶粒长大的倾 向性。“本质晶粒度”也不是晶粒大小的实际度量，而是表示在 规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向性的高低。
钢在加热时的组织转变
（3）残余渗碳体的溶解。在奥氏体形成过程中，铁素体比 渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这 部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥 氏体，直至全部消失。
（4）奥氏体均匀化。当残余渗碳体全部溶解时，奥氏体中 的碳浓度仍然是不均匀的，在原来渗碳体处含碳量较高，而在 原来铁素体处含碳量较低。如果继续延长保温时间，通过碳的 扩散，可使奥氏体的含碳量逐渐趋于均匀。
在连续加热时，随着加热速度的增大，奥氏 体形成温度升高，形成的温度范围扩大，形成所 需的时间缩短。
钢在加热时的组织转变
二、 奥氏体晶粒的长大及其影响因素 1. 奥氏体晶粒度的概念
根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度 可分为起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。
起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥 氏体晶粒度。一般奥氏体的起始晶粒度比较小，继续加热 或保温将使它长大。
钢铁加热组织转变
加热时奥氏体的形成过程钢的热处理多数需要先加热得到奥氏体，然后以不同速度冷却使奥氏体转变为不同的组织，得到钢的不同性能。
因此掌握热处理规律，首先要研究钢在加热时的变化。
一、加热时奥氏体的形成过程1．共析钢的加热转变从铁碳相图中看到，钢加热到 727℃（状态图的PSK线，又称A1温度）以上的温度珠光体转变为奥氏体。
这个加热速度十分缓慢，实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度，实际珠光体转变为奥氏体的温度高于A1，定义实际转变温度为Ac1。
Ac1 高于A1，表明出现热滞后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。
共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般为铁素体相与渗碳体相相间排列层片状组织，加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行，如图6-2示。
第一阶段：奥氏体晶核的形成。
由Fe-Fe3C状态图知：在A1温度铁素体含约0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含0.77%C。
在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。
所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。
基于能量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生（见图6-2（a）），这两相交界面越多，奥氏体晶核越多。
第二阶段：奥氏体的长大。
奥氏体晶核形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。
随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。
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4 加热缺陷
氧化：高温作用下表面铁原子与加热介质中的氧、二氧 化碳和水分子发生氧化反应，或者合金元素与氧化性介 质在晶界氧化。
脱碳：保温过程中钢中固溶的碳原子与炉气中的氧、二 氧化碳、水分子等发生反应，使表层的碳浓度降度。
过热：加热温度过高或者时间过长，晶粒显著粗大，使 得性能变差的现象称为过热，过热可以挽救。
本质细晶粒钢：随加热温度升高晶粒不易长大，如用Al 脱氧的钢 本质粗晶粒钢：随加热温度升高晶粒容易长大，如用Si或 Mn脱氧的钢
晶粒尺寸
本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢
Ac1
钢的本质晶粒度示意图
温度
3.2 奥氏体晶粒大小的影响因素
1. 加热温度与保温时间
加热温度↑或保温时间↑ →A实际晶粒就越大
2. 加热速度
2. 合金元素： （1）改变钢的临界点温度。如 Ni、Mn降低，Cr、W、Mo、 V、Ti等提高临界点→奥氏体形成温度升高。 （2）影响碳在奥氏体中的扩散速度。除Co、Ni外， 均减
慢奥氏体形成速度。合金钢的加热保温时间更长。
3 奥氏体的晶粒大小的控制
3.1 奥氏体晶粒度
n 2N1
式中：n----放大100倍时，每平方英寸 (6.45cm2)面积内观察到的平均晶粒数。
形核：铁素体和渗碳体相界面有利于形核（能量—相界面原 子排列不规则处于高能状态；浓度—Fe3C高碳区为形核提供 所需的碳原子）
奥氏体晶核长大：晶核形成后，处于F 与Fe3C与之间的A， 两侧碳浓度不同，致使碳原子不断自高碳侧向低碳侧扩散， 促使Fe3C不断溶解，A不断向两侧扩展而长大。与此同时又 有新的晶核产生和不断长大，直至A晶粒彼此相碰，珠光体全 部消失为止。
由于铁素体F的碳浓度与结构和奥氏体A接近，故 铁素体先消失，而在所形成的奥氏体中尚有未溶解的 渗碳体存在。
此时奥氏体的平均碳浓度低通过保温，剩余渗碳体 的原子扩散，使奥氏体中的碳浓度均匀化。
A形成包括四个阶段：
A形核
A晶核 长大
剩余 Fe3C溶解
未溶Fe3C
未溶Fe3C
A 均匀化
2.1 共析钢奥氏体形成过程
N-----晶粒度级别
标准晶粒度等级图
通常1—4级为粗晶粒，5－8级为细晶粒，8级 以外的晶粒称为超细晶粒。
1. 起始晶粒度 ——刚完成P→A转变的A晶粒大小。 2. 实际晶粒度 ——在某一具体加热条件下得到的
奥氏体晶粒大小。
3. 本质晶粒度 ——反映了奥氏体晶粒长大的倾向性。
根据本质晶粒度的大小分为两种钢：
P（α＋ Fe3C） >Ac1 As（ ）
Wc%: 0.02 6.69
0.77
晶格：b.c.c 复杂晶格 f.c.c
转变是靠铁、碳原子
p
的扩散和铁原子的晶格
Fe
改组来完成的。
A（）
s
Ac1 A1
P（ α ＋ Fe3C）
0.77 Wc（％）
2.2 亚（过）共析钢奥氏体（A）形成
非共析钢加热后的奥氏体要分两步完成：
第一节 钢在加热时的组织转变
一、钢的临界转变温度 二、奥氏体的形成及影响因素 三、影响奥氏体晶粒大小的因素 四、主要的加热缺陷
1 临界转变温度
➢平衡转变温度： A1、 A3、Acm
➢实际加热时转变温度： Ac1、 Ac3、Accm ➢实际冷却时转变温度： Ar1、Ar3、Arcm
2 奥氏体形成过程
过烧：加热温度继续升高，奥氏体晶界严重氧化，甚至 熔化，严重影响钢的性能，称为过烧，出现过烧无法挽 救。
本课小结：
奥氏体化过程及必要条件，形核、长大、 残余渗碳体溶解、均匀化；
影响奥氏体化的因素； 晶粒大小的表征方法和影响奥氏体晶粒大
小的因素。
温度/℃
奥氏体形成速度加 快，转变所需要的
τ1τ3
时间也越短
AA
AA AA
AA
AA AA
时间/s
τ2 τ4
2.3.2 加热速度
加热速度越快
Ac1
v2
奥体
Td
d
Tc
c
b
Tb
Ta
珠光体 a
c d a b
奥氏体形成速度加快， 转变所需要的时间也 越短
v1
Ⅱ
Ⅰ
A1 时间
2.3.3 钢的原始组织
Fe3C的形状和大小影响 A的形成。 Fe3 C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快 片层状珠光体比粒状珠光体更易于形成A 2.3.4 化学成分的影响 1. 碳：含碳量升高→奥氏体的形成速度加快
在保证奥氏体成分均匀化的前提下，快速加热、短时 保温能够获得细小的奥氏体晶粒。如感应加热淬火
3. 钢的含碳量
含碳量 ↑，亚共析钢易长大，过共析钢不易长大（有 未溶Fe3C），共析钢最易长大。 4. 第二相
高熔点的弥散碳化物和氮化物，能阻碍晶粒长大。 5. 原始组织
原始组织愈细，碳化物弥散度越大，晶粒 越细小， 奥氏体形核率高，则A起始晶粒就越细小。
若 亚 共 析 钢 加 热 到 Ac1～ Ac3 之 间 （ 两 相 区 ） ， 获 得 A ＋F组织；过共析钢加热到 Ac1 ～ Accm 之 间 （ 两 相 区 ） ， 获得A＋Fe3C组织，此时称为 不完全奥氏体化加热。
Ac3 Accm Ac1
2.3 影响奥氏体形成的因素
2.3.1 加热温度 加热温度越高
第一步是加热到Ac1以上，完成珠光体的奥氏体化； 第二步是继续加热至Ac3 或Acc ｍ以上，完成铁素
体或二次渗碳体的奥氏体化。
由此可见，对于非共析钢要获得单一奥氏体相，必须 加热到Ac3 或Accｍ以上，才能完成全部奥氏体化。
完全奥氏体化加热与不完全奥氏体化加热 :
将亚共析钢和过共析钢分 别加热到Ac3或 Accm以上完全 转变为A，此时称为完全奥氏 体化加热。