金属热处理原理奥氏体的形成
奥氏体的名词解释
奥氏体的名词解释奥氏体是金属学中一个重要的热处理概念，它指的是钢铁中的一种组织结构。
为了更好地理解奥氏体的概念及其在材料科学中的重要性，我们需要从奥氏体的形成原理、性质以及其在实际应用中的角色进行详细阐述。
1. 奥氏体的形成原理奥氏体的形成与金属的冷却过程密切相关。
当钢铁在高温下进行快速冷却时，铁原子会以一种有序的方式排列，形成一种叫做奥氏体的组织结构。
与奥氏体相对的是珠光体，它是在慢速冷却下形成的，具有另一种特殊的晶格排列方式。
2. 奥氏体的性质奥氏体具有一些独特的性质，这些性质使得其在材料科学和工程中得到广泛应用。
首先，奥氏体的硬度较高，因此具有很好的耐磨性，常用于制造机械零件等需要高强度和耐久性的领域。
其次，奥氏体还具有良好的塑性和可塑性，便于加工和形变。
最后，奥氏体具有较好的耐腐蚀性能，特别适合用于制造具有抗腐蚀要求的设备和结构。
3. 奥氏体的应用奥氏体在工程领域有着广泛的应用。
首先，奥氏体钢是制造不锈钢的重要原料，因为不锈钢需要具备良好的耐腐蚀性和机械性能。
其次，奥氏体钢还广泛应用于汽车制造、航空航天等领域，用于制作车身、发动机零件等。
此外，奥氏体还可通过热处理过程进行调控和改善，以满足不同需要。
4. 奥氏体的变态现象在奥氏体中存在一种变态现象，被称为马氏体转变。
当奥氏体受到外部应力或温度的变化时，可能会发生相变，转变为另一种组织结构，即马氏体。
这种转变会导致材料的性能发生变化，因此在材料设计与工程实践中需加以考虑。
5. 奥氏体的研究和发展奥氏体作为金属学的重要研究领域，随着科技的发展和应用需求的不断提升，得到了广泛的研究和关注。
研究人员通过实验和仿真模拟等手段，探索奥氏体的形成机理、晶体结构、相变规律等方面的问题，为材料科学和工程提供了重要的理论基础和实践指导。
总结起来，奥氏体作为金属学中的重要概念，涉及到钢铁冷却过程中的组织结构形成、性质、应用以及与马氏体的转变关系等领域。
深入研究奥氏体有助于进一步理解材料科学的基本原理以及在工程实践中的应用。
简述钢的奥氏体化过程
简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、制造、交通等领域。
而钢的性能与其组织结构密切相关，其中奥氏体是钢中最重要的组织之一。
本文将简述钢的奥氏体化过程。
一、什么是奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体，具有良好的机械性能和塑性。
在钢中，奥氏体的形态、数量和分布对钢的性能起着决定性的影响。
二、奥氏体的形成钢的奥氏体化过程是指在适当的温度下，铁和碳发生固溶反应，形成奥氏体的过程。
奥氏体的形成与钢中的碳含量、温度等因素密切相关。
1. 碳含量钢中的碳含量越低，奥氏体的形成温度越低。
一般来说，碳含量低于0.8%的钢称为低碳钢，碳含量在0.8%-2.11%之间的钢称为中碳钢，碳含量高于 2.11%的钢称为高碳钢。
在低碳钢中，奥氏体的形成温度较低，而在高碳钢中，奥氏体的形成温度较高。
2. 温度温度是奥氏体形成的另一个重要因素。
在适当的温度下，钢中的碳和铁能够充分反应，形成奥氏体。
一般来说，奥氏体的形成温度在800℃-1000℃之间。
三、奥氏体的相变奥氏体的形成是一个相变过程，主要包括两个阶段：奥氏体的形核和奥氏体的长大。
1. 奥氏体的形核当钢中的温度达到奥氏体的形成温度时，奥氏体的形核开始进行。
形核是指在晶界或晶内形成奥氏体的起始过程。
形核的速度取决于温度和钢中的合金元素含量。
当温度升高或合金元素含量增加时，形核速度加快。
2. 奥氏体的长大奥氏体的长大是指形核后的奥氏体晶粒逐渐长大和增多的过程。
在奥氏体的长大过程中，晶界迁移、晶粒的吞噬和晶粒的再结晶等现象会发生，最终形成具有一定形状和尺寸的奥氏体晶粒。
四、奥氏体的应用奥氏体具有良好的塑性和韧性，因此在钢的制造和加工过程中，通常会通过控制奥氏体的形成来调节钢材的性能。
例如，在焊接过程中，通过控制焊接温度和冷却速度，可以获得不同形态和含量的奥氏体，从而实现钢材的强度和韧性的平衡。
奥氏体还可以通过热处理来改善钢材的性能。
热处理是指将钢材加热到适当的温度，保持一定时间后进行冷却，以改变钢材的组织结构和性能。
金属热处理原理及工艺考试试题及答案1
《金属热处理原理及工艺》习题二参考答案1.真空加热的特点有哪些?答:1)加热速度缓慢2)氧化作用被抑制3)表面净化4)脱气作用5)蒸发现象2.有一批马氏体不锈钢工件（1Cr13、2Cr13、3Cr13）在真空中加热淬火后发现表面抗蚀性显著下降，试分析可能的原因。
答:由于真空加热过程中的金属蒸发，表面Cr含量降低，不再满足1/8定律，从而导致抗蚀性显著下降。
3.试比较退火和正火的异同点。
答：相同点：均为中间热处理工艺；均获得接近平衡态珠光体类组织。
不同点：冷却速度不同；过冷度不同；正火会发生伪共析转变，对于高碳钢，无先共析相；正火可以作为性能要求不高零件的最终热处理。
4.简述正火和退火工艺的选用原则。
答：1)Wc＜0.25%低碳钢：正火代替退火（从切削加工性角度考虑）2)0.25%＜Wc＜0.5%：正火代替退火（从经济性考虑（此时硬度尚可加工））3)0.5%＜Wc＜0.7%：完全退火（改善加工性）4)Wc＞0.7%：球化退火（如果有网状渗碳体，先用正火消除）5)正火可作为性能要求不高零件的最终热处理6)在满足性能的前提下，尽可能用正火代替退火（经济性角度考虑）5.根据球化退火的工艺原理，球化退火可分为哪四大类？各自的适用范围是什么？答：球化退火工艺适用范围低温球化（接近Ac1长时间保温球化）Ac1－（10～30℃）高合金结构钢及过共析钢降低硬度、改善加工性，以及冷变形钢的球化退火。
球化效果差，原始组织粗大者更不适用。
细珠光体在低温球化后仍保留大量细片状碳化物。
缓慢冷却球化退火Ac1+（10～20℃）共析及过共析碳钢的球化退火；球化较充分，周期长。
等温球化退火Ac1+（20～30℃）Ar1－（20～30℃）过共析碳钢、合金工具钢的球化退火；球化充分，易控制，周期较短，适宜大件。
周期（循环）球化退火Ac1+（10～20℃）Ar1－（20～30℃）过共析碳钢及合金工具钢的球化退火；周期较短，球化较充分，但控制较繁，不宜大件退火。
奥氏体_精品文档
奥氏体1. 引言奥氏体（Austenite）是固体材料中的一种金属相，具有高度有序的结构和低塑性。
它主要由α铁和γ铁两个晶体相组成，通常在高温下形成，然后通过快速冷却来保留结构。
奥氏体的性质和结构对金属材料的性能和应用具有重要影响。
本文将介绍奥氏体的形成过程、性质和应用。
2. 奥氏体的形成过程奥氏体的形成与金属材料的合金成分和冷却速率紧密相关。
当金属合金中含有充分的合金元素时，奥氏体相就会在高温下形成。
通常情况下，金属材料在高温下通过热处理、加热和保温等工艺步骤来形成奥氏体。
关键的因素是合金元素的溶解度和扩散速率。
当材料被迅速冷却后，奥氏体相就可以被保留下来。
3. 奥氏体的性质3.1 结构特点奥氏体具有高度有序的结构，其晶体结构通常为面心立方（FCC）。
在奥氏体相中，铁原子密堆积于晶格中，形成共面排列。
奥氏体晶格中晶体间距较大，存在较大的空隙，使其具有较低的密度。
3.2 机械性能奥氏体相具有较高的硬度和强度，但其塑性较低。
这是因为奥氏体相中原子排列较为有序，固定结构限制了原子的运动和排列方式。
因此，奥氏体相通常是脆硬的。
3.3 热处理性能奥氏体相可通过热处理进行再结晶和回火来改善其热处理性能。
通过加热奥氏体相并保温，原子会发生扩散，导致晶体结构的再排列，从而减小晶格缺陷和内应力。
4. 奥氏体的应用4.1 钢铁工业作为奥氏体相的铁-碳合金被广泛应用于钢铁工业。
通过控制合金中的碳含量、合金元素添加和冷却速率，可以调节奥氏体含量和性能，从而获得不同用途的钢材。
4.2 不锈钢不锈钢是一种重要的金属材料，其主要成分为奥氏体相和其他合金元素。
奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性、强度和韧性，在化工、航空航天、食品加工和医疗器械等领域得到广泛应用。
4.3 合金硬化在一些高性能合金中，奥氏体相用于增强材料的硬度和强度。
通过合金元素的添加和冷却速率的控制，可以在材料中形成高度有序的奥氏体相，有效提高合金的力学性能。
5. 结论奥氏体作为一种重要的金属相，对金属材料的性能和应用具有重要的影响。
材料热处理原理第二章 奥氏体的形成
• 奥氏体的形成速度：形核率I 和长大速度G
转变温度/℃
740 760 780 800
共析碳钢
形核率I /(1/mm3s)
长大速度 G/(mm/s)
2280
0.0005
11000
0.010
51500
0.026
616000
0.041
转变一半所需 时间/s 100 9 3 1
• T，形成速度增大
1. 奥氏体等温形成动力学
结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
C含量： 0.02% 6.69% 0.77%
奥氏体A(γ)
Acm A3
A1
奥氏体的形成： （1） 的点阵重构 （2）渗碳体的溶解 （3）C在中的扩散重新分布
1. 奥氏体形核
G -Vgv S V < 0
V•gv :新奥氏体与母相之间的体积 自由能之差，加热相变的动力
T，有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性。
1. 奥氏体等温形成动力学
• ②碳含量的影响
– 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度就愈快。
原因：
**碳含量增高时，碳化物数量增多，铁素体与渗碳体的相
界面面积增大，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增 大。
**同时，碳化物数量增多后，使碳的扩散距离减小， ** 随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大
1. 奥氏体等温形成动力学
• T
C / - C /
形核所需C浓度的起伏
，有利于提高形核率
• 因此，T，相变过热 度增加，形核急剧增 加 （I>G)，有利于形 成细小的奥氏体晶粒。
1.奥氏体等温形成动力学
(2) 长大速度G • 等温转变
G
金属热处理原理奥氏体的形成课件.ppt
❖ 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，即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
❖ 四个基本过程完成外，还有先共析铁 素体（渗碳体）向奥氏体的转变。
❖ 见动画
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3 奥氏体形成动力学
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
❖ 合金元素对A形成速度的影响，也受到合金碳化物向A中 溶解难易程度的牵制。
Cr，2%，（FeCr）3C；6%，（CrFe）7C3---慢 11%， （CrFe）23C6---快
❖ 改变临界点
Ni、Mn、Cu 等↓A1， ↑奥氏体形成速度； Cr、Mo、Ti、Si、Al、W等↑ A1 ， ↓奥氏体形成速度；
不均，晶界弯曲，界面能很高。 ❖ 界面能越高则界面越不稳定，必然要自发地向减
小晶界面积，降低界面能方向发展。弯曲晶界变 成平直晶界是一种自发过程。 晶粒长大的驱动力G：G = 2σ/R σ-奥氏体的比界面能；R-晶界曲率半径
金属热处理原理奥氏体的形成课件
（2）晶粒长大过程
❖ 奥氏体化（ austenitizing）： 钢加热获得奥氏体的过程。
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
金属热处理原理奥氏体的形成课件
钢中奥氏体的形成
加热到临界点以上时，由于温度的 升高，原子的活动能力增强，晶格 的能量增加，使得相变驱动力增大 。
碳原子扩散
01
02
03
碳原子扩散机制
在奥氏体形成过程中，碳 原子通过晶格的间隙和位 错等缺陷进行扩散，以实 现成分均匀化。
扩散路径
碳原子主要沿着晶界和位 错等缺陷扩散，这些区域 提供了碳原子扩散的通道 。
料。
基于奥氏体转变的金属材料加工工艺实例
弯曲加工
将金属材料加热至奥氏体化温度，保温 一段时间，然后迅速冷却，可提高金属 材料的塑性和韧性，有利于弯曲加工。
VS
拉拔加工
将金属材料加热至奥氏体化温度，保温一 段时间，然后迅速冷却，可提高金属材料 的强度和韧性，有利于拉拔加工。
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钢中奥氏体的形成
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目录
• 奥氏体的定义与性质 • 奥氏体的形成过程 • 影响奥氏体形成的因素 • 奥氏体转变的机制与动力学 • 奥氏体转变过程中的缺陷与控制 • 奥氏体转变的应用与实例
01
奥氏体的定义与性质
奥氏体的定义
奥氏体是一种钢铁材料中的固溶体相，主要由铁和碳原子组 成，并含有一定量的合金元素，如镍、铬、锰等。
03
影响奥氏体形成的因素
温度
温度对奥氏体形成的影响
钢在加热时，奥氏体的形成是随着温度的升高而加速的。在一定的温度下，奥 氏体可以完全形成。当温度升高时，奥氏体的形成速率增加，所需的时间减少 。
临界点温度对奥氏体形成的影响
在临界点温度以上，奥氏体可以完全形成。而在临界点温度以下，奥氏体不能 完全形成。
当铁素体完全转变为奥氏体后，奥氏体的碳浓度和晶格类型不再发生变化。此时，奥氏体的 碳浓度较高，晶格类型为面心立方结构。
钢的热处理—钢的热处理原理(航空材料)
二、奥氏体的形成过程
1、奥氏体晶核的形成
奥氏体的晶核易于在F和Fe3C渗碳体相界面上形成。这是因为在两相的相界上原子排列不
规件则。，空位和位错密度高；成分不F均匀，处于F和Fe3C的中F间e值3C，为形核提供了良好的条 A
A形核
2、奥氏体晶核的长大
连续冷却转变 使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变
温 度
热 加
保温
临界温度A1
连续冷却
等温冷却 时间
时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。
2）合理选择原始组织 随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向也增大。当wc>1.2%时，奥氏体
晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。
3）加入一定量的合金元素 若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。锰和磷是促进奥氏体晶
粒长大倾向的元素。
到Ac3或Accm以上，才能获得单一的奥氏体 组织，这个过程称为完全奥氏体化。
三、影响奥氏体转变的因素
1.加热温度和加热速度的影响 提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体 形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。
2.化学成分的影响 随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多， 有利于奥氏体的形成。
未溶Fe3C A
F向A转变和Fe3C溶解
3、残余渗碳体溶解
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。
残余Fe3C
A
残余Fe3C溶解
4.奥氏体均匀化
固溶处理 奥氏体
固溶处理奥氏体固溶处理是一种常用的金属热处理方法，可以改变金属的组织结构和性能。
其中，奥氏体是一种重要的固溶处理结构。
本文将介绍奥氏体的特点、固溶处理的原理和方法，以及固溶处理奥氏体的应用。
奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体相，具有良好的韧性和可塑性。
它的组织结构由面心立方结构构成，碳原子溶解在铁基体中。
奥氏体的形成与冷却速率有关，快速冷却可以得到细小的奥氏体晶粒，而慢冷则会形成粗大的奥氏体晶粒。
固溶处理是通过加热金属至高温区域，使其达到固溶温度，然后迅速冷却至室温，以改变金属的组织结构和性能。
固溶处理奥氏体的主要目的是消除金属中的过饱和碳，并使其均匀溶解在金属基体中，从而提高金属的韧性和可塑性。
固溶处理奥氏体的方法主要有两种，即正火和淬火。
正火是将金属加热至固溶温度，保温一段时间后，缓慢冷却至室温。
这种方法可以使过饱和碳在金属中析出，形成细小的碳化物颗粒，从而提高金属的硬度和强度。
淬火是将金属加热至固溶温度，迅速冷却至室温。
这种方法可以使过饱和碳均匀溶解在金属基体中，从而提高金属的韧性和可塑性。
固溶处理奥氏体在工业生产中有广泛的应用。
首先，固溶处理可以提高金属的机械性能，使其具有更好的强度和韧性，从而提高材料的使用寿命。
其次，固溶处理还可以改变金属的导电性和磁性，使其在电子和磁性材料领域有广泛的应用。
此外，固溶处理还可以改变金属的化学性质，提高其抗腐蚀性能，使其适用于恶劣的工作环境。
固溶处理奥氏体是一种常用的金属热处理方法，可以改变金属的组织结构和性能。
通过正火和淬火等方法，可以使过饱和碳在金属中均匀溶解或析出，从而提高金属的韧性、可塑性和硬度。
固溶处理奥氏体在工业生产中有广泛的应用，可以提高材料的机械性能、导电性和磁性，以及抗腐蚀性能。
第2章 钢中奥氏体的形成
加热转变的意义：1.改进热处理工艺 2.为冷却转变打基础
2.1 奥氏体及其形成条件
奥氏体稳定存在区域 是：GSEJNG 相变临界点：
A1、A3、Acm
实际加热时相变临界 点：Ac1、Ac3、Accm
实际冷却时相变临界 点：Ar1、Ar3、Arcm
1. 2. 3.
思考：
S、E、G、P点？
线膨胀系数大：可作热膨胀灵敏的仪表元件；
导热性能差：不宜采用过大的加热速度。
2.2 奥氏体的形成机制
奥氏体形成的热力学条件
相变驱动力： 相变阻力：
A1
Fe-C合金珠光体与奥氏体 的自由能与温度的关系
•以共析钢为例： •奥氏体的相组成、点阵结构、碳含量与 铁素体和渗碳体不同
相组成： 碳含量：
0.02%
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
一、 奥氏体晶粒度： 定义:指奥氏体化后实际晶粒大小 表示方法：晶粒直径、单位面积 中奥氏体晶粒数目 等级标准：8级 超细晶粒：超过8级
n=2N-1
式中： n-放大100倍时每平方英寸(6.45cm2)面 积内晶粒数, N-晶粒度级别
奥氏体晶粒度种类：
二、奥氏体晶粒长大原理
长大条件：
A刚形成时均很细小，且不均匀，界面能越高， 界面越不稳定，在一定条件下，必然自发地向减 小晶界面积、降低界面能的方向发展。所以小晶 粒合并成大晶粒，弯曲晶界变成平直晶界是一种 自发过程。
长大方式：互相吞并、晶界推移而实现的。
1、A晶粒长大驱动力：
来自A的晶界能
+
Fe3C
6.69% 复杂斜方
→
奥氏体工艺
奥氏体工艺奥氏体工艺是一种热处理工艺，常用于改善材料的机械性能和耐蚀性。
它是一种通过固溶、冷却和时效等步骤来改变材料的晶体结构，从而提高其性能的技术。
本文将全面介绍奥氏体工艺的原理、应用和实施步骤，并提供一些指导意义，帮助读者理解和应用这种工艺。
首先，让我们了解奥氏体工艺的原理。
奥氏体是一种固溶体，通常由铁和其他合金元素组成。
通过加热材料到足够高的温度，使其达到固溶状态，然后迅速冷却，可以形成一个强大的固溶体。
此后，通过时效处理，可以通过固溶体内的位错运动，形成细小的沉淀物，从而进一步提高材料的硬度和强度。
奥氏体工艺有广泛的应用。
最常见的是在钢铁冶金和制造业中，用于提高钢材的强度和韧性。
此外，奥氏体工艺还可以用于增强铝合金、镍合金等其他金属材料。
通过调整工艺参数，可以根据具体需求，改变材料的力学性能、耐蚀性和耐磨性，从而满足不同领域的应用要求。
实施奥氏体工艺包括一系列步骤。
首先，将待处理材料加热到适当的温度，以实现固溶状态。
然后，通过快速冷却（如水淬、油淬等），将材料迅速降温，从而形成奥氏体组织。
接下来，进行时效处理，将材料加热到适当的温度，保持一定时间，使沉淀物均匀分布，并有助于材料进一步强化。
最后，进行淬火回火等后续热处理工艺，以调整材料的硬度和韧性。
了解了奥氏体工艺的原理和应用，我们可以看到它在工程和制造领域中的重要性。
它可以提高材料的性能，延长其使用寿命，减少材料故障和失效的风险。
因此，掌握奥氏体工艺，对于工程师和生产人员来说是非常关键的。
在实施奥氏体工艺时，需要注意一些关键的因素。
首先，材料的成分和组织结构对工艺参数的选择和调整有很大影响，因此在实施之前需要进行材料的分析和测试。
其次，控制加热和冷却速率非常重要，以确保材料的奥氏体组织形成。
最后，时效处理的温度和时间也需要根据具体要求进行调整，以达到最佳性能。
总结起来，奥氏体工艺是一种重要的热处理工艺，通过固溶、冷却和时效等步骤，可以改善材料的机械性能和耐蚀性。
钢的热处理-奥氏体的形成
合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的机制
（1）化合物机械阻碍理论
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr等元素 在钢中形成很多细小均匀分布的难熔化合 物 ， 主 要 是 碳 化 物 和 氮 化 物 （ NbC, VC, TiC, NbN, VN, TiN, AlN等等），它们分布 在奥氏体的晶界上，机械地阻碍晶界的迁 移，使晶粒难以长大。Al2O3和硫化物也有 阻碍奥氏体晶界移动的作用。
温度
ν
ν
珠光体向奥氏体等温转变示意图
ν
原始组织
746℃保温5秒
ν
ν
ν 746℃保温15秒
奥氏体的形成过程
746℃保温60秒
共析钢高温奥氏体的显微组织（1000倍）
奥氏体形成的动力学
1、奥氏体等温形成动力学曲线
动力学曲线的做法： 将若干小试样以很快的速度加热到Ac1温
度以上不同温度，保温不同时间，测出每 个温度下不同保温时间试样中奥氏体的量。
热力学条件：奥氏体转变需要一定的过热度
奥氏体的形成机理
奥氏体形成的两种方式： 1）扩散方式 2）非扩散方式
扩散方式进行的奥氏体转变
奥氏体的形成符合相变的普遍规律：通过 形核长大方式进行。
临界晶核的形成需要一定的能量起伏和浓 度起伏。
形核地点：晶界、亚晶界、晶体缺陷、非 金属夹杂区域。
最有利的形核地点：珠光体中铁素体和渗 碳体的相界面。
奥氏体晶粒度的几个概念
初始晶粒度：是指加热时奥氏体转变过程 刚刚结束时的奥氏体晶粒大小。
实际晶粒度：热处理时某一具体加热条件 下最终所得到的奥氏体晶粒的大小。
本质晶粒：钢奥氏体晶粒的长大趋势，容 易长大的称为本质粗晶粒钢，晶粒不容 易长大的称为本质细晶粒钢。
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❖ 奥氏体晶核的长大速度G，即奥氏体-铁素体及奥氏 体-渗碳体的界面移动速度，可用下式表示：
D —碳在奥氏体中的扩散系数； dC/dx —碳在奥氏体中的浓度梯度，dC= Cγ-k-Cγ-a ，dx 为生 成的奥氏体小晶粒的厚度； ΔCγ↔ α、ΔCγ↔ K —奥氏体-铁素体及奥氏体-渗碳体界面上的 碳浓度差。 此式说明，奥氏体界面的移动速度与碳在奥氏体中的扩散系数 以及浓度梯度成正比，而与界面上的碳浓度差成反比。
1.1.1奥氏体形成的温度范围 (1) 奥氏体形成的温度范围与Fe-Fe3C相图
图1-1 Fe-Fe3C状态图
(2) 奥氏体形成的热力学条件[1]
系统总的自由能变化ΔG ΔG=-ΔGV+ΔGS+ΔGε ΔGV——奥氏体与旧相体积自由能之差； ΔGS ——形成奥氏体时所增加的表面能； ΔGε ——形成奥氏体时所增加的应变能 ΔG<0，形成奥氏体。
金属热处理原理 metals heat treatment principle
❖ 课程名称：热处理及设备 ❖ 课程性质：金属材料专业主要专业课，
7学分 ❖ 计划学时：原理: 40学时; 工艺: 42学时;
设备: 30学时 ❖ 考核方式：平时考察，期末闭卷考试 ❖ 主要参考书：
《金属热处理原理》各种参考书
图1-6 奥氏体点阵常数 和碳含量的关系
1.1.3 奥氏体的性能 [1]
（1）顺磁性。用于相变点和残余奥氏体含量 的测定等。
（2）比容最小。奥氏体< 铁素体<马氏体， 分别为0.12399、0.12708和0.12915cm3/g。 在生产上可利用这一性质调整奥氏体量来 达到减小淬火工件体积变化的目的。也常 利用这一性质借膨胀仪来测定奥氏体的转 变情况。
第1章：奥氏体（austenite） 的形成
❖ 热处理（heat treatment）： 通过加热、保温和冷却的方法，改变金属 及合金的组织结构，使其获得所需要的性 能的热加工工艺。见动画1,动画2,动画3
❖ 奥氏体化（ austenitizing）： 钢加热获得奥氏体的过程。
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
❖ 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，即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
1.2.2 奥氏体的长大 [1]
❖ 见动画
1.3 奥氏体形成动力学
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
k—波尔兹曼常数; W—临界形核功。 忽略应变能，W = A • σ3 / ΔGV2
A—常数； σ –奥氏体与旧相的界面能； ΔGv—单位体积的自由能差； ❖ T↑ → I ↑； ❖ T↑ → Q↓ → I ↑； ❖ T↑ → ΔGv ↑ → W ↓ → I ↑；
(2) 奥氏体形成的热力学条件[2]
图1-2 珠光体（P）与奥氏体（A） 自由能随温度变化的曲线
(3) 实际加热时临界点的变化
❖ 加热：
偏向高温，存在 过热度；
AC1，AC3，ACCm ❖ 冷却：
偏向低温，存在 过冷度。
Ar1，Ar3，ArCm
图1-3 在加热（冷却）速度为0.125℃/min 时，对临界点A1，A3，Acm的影响
主要讲授内容
第1章：奥氏体的形成 第2章：珠光体转变 第3章：马氏体转变 第4章：贝氏体转变 第5章：钢的过冷奥氏体转变图 第6章：钢的回火转变 第7章：热处理原理的某些应用
第1章：奥氏体的形成
1.1 奥氏体的组织、结构和性能 1.2 奥氏体的形成机制 1.3 奥氏体形成动力学 1.4 奥氏体晶粒长大及其控制
1.1.3 奥氏体的性能 [2]
（3）线膨胀系数最大。
奥 氏 体 ≻ 铁 素 体 ≻ 渗 碳 体 ≻ 马 氏 体 。 分 别 为 23×10-6 、 14.5×10-6、12.5×10-6、和11.5×10-6/ cm·K。工业 上常利用奥氏体钢膨胀系数大的特性来做仪表元件。 （4）奥氏体的导热性能最差（除渗碳体外）。铁素体、 珠光体、马氏体、奥氏体和渗碳体的导热系数分别为 77.1、51.9、29.3、14.6和4.2W/m·K。奥氏体钢要慢 速加热。 （5）奥氏体的塑性高，屈服强度低。在奥氏体区热加工。
❖ γ-Fe的点阵常数为0.364nm时，最大空隙的半径为 0.052nm，与C原子半径（0.077 nm）比较接近。C原子 的存在，使奥氏体点阵常数增大，如图1-6所示。
❖ 实际上奥氏体最大碳含量是2.11%（重量） ，大约2-3个 γ-Fe晶胞中才有一个C原子。
图1-5 C在γ-Fe中可能的 间隙位置
1.2.3 共析碳钢奥氏体的等温形成过程
❖ 奥氏体形成的四个基本过程： 1 奥氏体的形核 2奥氏体晶核长大 3 残留碳化物的溶解 4 奥氏体成分的均匀化 见动画
图1-8 珠光体向奥氏体等温转变过程示意图
3 亚（过）共析碳钢奥氏体的 等温形成过程
❖ 四个基本过程完成外，还有先共析铁 素体（渗碳体）向奥氏体的转变。
1.2 奥氏体的形成机制
1.2.1 奥氏体的形核 [1]
α
+
Fe3C AC1以上 加热 γ
o.o2%c, 6.69%c, 复杂
b.c.c
斜方
o.77%c, f.c.c
1.2.1 奥氏体的形核 [2]
➢ 在铁素体与渗碳体的界面处依靠系统内的成分起 伏、结构起伏和能量起伏形成。
❖ 界面处碳浓度差大，有利于获得奥氏体晶核形成 所需的碳浓度。
1.1.2 奥氏体的组织和结构
(1)奥氏体的组织 通常由多边形 的等轴晶粒所 组成，有时可 观察到孪晶。
图1-4 奥氏体组织（ຫໍສະໝຸດ 内 有孪晶）1000×(2) 奥氏体的结构
❖ 具有面心立方结构。（奥氏体是C溶于γ-Fe中的固溶体。 合金钢中的奥氏体是C及合金元素溶于γ-Fe中的固溶体。）
❖ C是处于γ-Fe八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的中 心或棱边的中点，如图1-5所示。见动画