第二章 钢的加热转变

第二章钢的加热转变（奥氏体的形成〕

§2－1奥氏体的组织、结构和性能

一、组织: 1.多边形等轴晶粒 2.晶内常有孪晶

原因: 1.热应力 2.原子排列层错 3.针状晶粒

二、结构

C原子位于面心立方的Fe晶胞中的八面体的中心；八面体间隙中心个数:4 Fe原子数:4

Fe和C原子浓度比为什么不是100%？

1) 不是每个晶胞中均有碳原子，所以0.8% C / A中局部可达到 6.69% C（Fe3C）

2)碳原子半径为0.77A 空隙位置半径为 0.52A

三、性能

1)、塑性高，加工成型容易，σS较低，故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行。

2)、顺磁性 3)、比容最小 (c m 3/g) 4)、导热性能差，为避免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。

5)、原子排列紧密，自扩散系数小，热强性好，可作高温用钢。

6)、线膨胀系数大，可作热膨胀灵敏的仪表元件。

§2－2 奥氏体的形成

一、A形成时的热力学条件和实际加热时的临界点

1)、热力学条件（能量条件或温度条件〕

只有当T > T0 ∆G = G A— G P <0才能形成A。

2)、实际加热时的临界点

加热到A1不能发生A转变，只有加热到A1以上，才能形成A V加↑∆T = A C1— A1↑

其中 C －加热 r －冷却

加热时临界点加注c ：A c1 A c3 A ccm冷却时临界点加注r ： A r1 A r3 A rcm

Ac1－加热时P→A转变开始温度 Ar1－冷却时A→P转变终了温度

A C3－加热时游离的F全部溶入A的温度 Ar3－冷却时F从A中析出的温度

Accm－加热时游离的Fe3C全部溶入A的温度 Arcm－冷却时Fe3C开始从A中析出的温度

二、奥氏体形成机理

1〕扩散性转变

共析钢为例 0.77% ( 0.8% T8钢 )

原来 :P 组织 F(0.02%C 体心立方) + Fe3C(6.69%C 复杂斜方)

成分相差悬殊结构截然不同的两相→另一种晶格的单相固溶体

转变是如何进行的?

必须有晶格改组必须有碳原子扩散所以是扩散性相变

实验证明

2 ) 转变分为四个阶段

A的形核 A核长大 Fe3C的溶解碳在A中的均匀化 A内部的扩散均匀化.

A的形核位置: F/ Fe3C的界面上

原因:能量高,缺陷多,畸变,能量起伏;排列乱,结构起伏;成分过渡区,浓度起伏

①相界面形核，可以消除部分晶体缺陷而使体系的自由能降低，有利于相变对能量的要求。

②相界面两边的碳浓度差大，较易获得与新相奥氏体相适配的碳浓度，况且碳原子沿界面扩散较晶内为快，从而加速了奥氏体的形核。

③相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起伏，从而由BCC改组成FCC。

A 的长大

注意，实际 P 的片间距为 1500 ～ 4500 埃或 0.00045 ｍｍ。扩散范围：1/ 1000 ｍｍ以内，对钢的各种性能影响很大。

A如何长大：

在 A 体中存在浓度梯度，C原子由高向低扩散，破坏在 T1温度下的界面平衡（相界面浓度的平衡关系是一

定的 )。为了维持平衡Fe3C ---晶格改组，溶入A中使界面C% ↑，恢复到 Cr / Fe3C；α--Fe ---晶格改组，溶入A中使界面C% ↓，恢复到Cα / A ；由此 A 向两侧推移长大。

碳原子的扩散→界面平衡破坏→建立平衡→扩散→界面推移(晶格改组)

若在 T2 （T2 >T1 〕A 两侧界面浓度差↑，扩散加速↑，长大速度↑。Fe3C的溶解

试验证明：P → A 转变刚结束（α-Fe 全部转变〕为 A 时，总残留部分未溶的 Fe3C。这是什么原因呢？

A向α-Fe 一侧推进速度总是大于向 Fe3C 的推移速度， Fe3C 溶入困难，（ Fe3C 的结构复杂，改组难）

§2－3 奥氏体等温形成动力学

看图：a 、730 ℃，250S 开始，1000S 结束 。

760 ℃，40S 开始， 150S 结束 。

温度越高，转变速度越快。

b 、转变需要一个孕育期

c 、转变量为50％，转变速度最快将试验结果放入“ T － τ ”图中

A 等温形成动力学图也叫 T T A 图

A 的形核和长大

A 的形核率

什么叫形核率？

个数 / ｍｍ3 • S

表达式 ：N KT Q e KT G e C -∆-

*'＝ ∆G*---临界形核功 ， T ↑ ∆G* ↓。Q － 原子扩散激活能（基本不变）。

k ---- 玻尔兹曼常数，= 1.38X10-23 J/K T ↑ 形核率急剧 ↑ ↑ ，这些讨论是按均匀形核分析考虑的。 A 的线长大速度

语言叙述：A 向Fe 中的推移速度和A 两侧的浓度差成正比；和A －α－Fe 界面的浓度差成反比。 影响因素（P －A ）

三大因素： 1.温度 （略）

2.原始组织:原始组织越接近平衡状态，A 越不容易形成

3.合金元素：通过改变临界温度，影响P －A ；通过改变D C A 存在扩散再分配的问题。

合金元素在P 中是如何存在的？

有些在α－Fe 中，如 Ni 、Co 这叫非碳化物形成元素，使 D C A ↑；有些在Fe 3C 中，如 Cr 、W 、V ，这叫碳化物形成元素， 使 D C A ↓ ；而形成复杂的碳化物。Me 分配是不均匀，Me 的扩散均匀化，需要更长时间，Me 的扩散系数比碳慢千万倍；Fe 、Me)3C （合金渗碳体）特殊的合金碳化物（Cr 7C 3、VC ），它们向奥氏体溶解更困难。

二、连续加热时奥氏体的形成

实际生产中，绝大多数是在连续加热条件下，发生奥氏体转变。

(一)、转变过程:形核、长大、碳化物分解、均匀化四阶段。