金属热处理原理第1章奥氏体的形成

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1、主讲教师:李维娟金属热处理原理metalsheattreatmentprinciple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

2、控制第1章：奥氏体（austenite）的形成热处理（heattreatment）：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1-1Fe-Fe3C状态图系统总的自由能变化ΔGΔG=-ΔGV+ΔGS+ΔGεΔGV——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

3、能ΔG<0，形成奥氏体。(2)奥氏体形成的热力学条件[1]图1-2珠光体（P）与奥氏体（A）自由能随温度变化的曲线(2)奥氏体形成的热力学条件[2](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（晶内有孪晶）1000×(2)奥氏体的结构具有面心立方结构。（奥氏体是C溶于γ-

4、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（0.077nm）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1-5C在γ-Fe中可能的间隙位置图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

5、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。（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、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。1.1.3奥氏体的性能[2]1.2奥氏体的形成机制1.2.1奥氏体的形核[1]o.o2%c,b.c.c6.69%c,复杂斜方AC1以上加热o.77%c,f.c.cα+Fe3Cγ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。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

7、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。1.2.1奥氏体的形核[2]1.2.2奥氏体的长大[1]图1-7奥氏体形成过程中各相界面上的碳浓度（a）及扩散方向（b）示意图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

8、度成正比，而与界面上的碳浓度差成反比。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