钢中奥氏体的形成.ppt

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1、第2章钢中奥氏体的形成钢中的奥氏体有哪几种存在形式？奥氏体过冷奥氏体残余奥氏体WilliamChandlerRoberts-Austen1843-1902引言钢被加热到奥氏体相区，得到奥氏体组织。奥氏体状态，包括奥氏体晶粒大小、亚结构、成分、均匀性以及是否存在其他相、夹杂物等，对于在随后冷却过程中得到的组织和性能有直接的影响。熟悉钢中的奥氏体的形成机理，掌握获得奥氏体状态的方法，具有重要的实际意义和理论价值。2.1奥氏体的组织结构和性能奥氏体定义：钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入γ－Fe中所形成的固溶体。其中C、N等元素存在于奥氏体的

2、间隙位置，或者晶格缺陷处。而原子尺寸与Fe原子相差不大的合金元素则固溶于替换位置。还有一些化学元素吸附于奥氏体晶界等晶体缺陷处。（1）奥氏体组织奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。灰白不同的衬度是由于各晶粒暴露在试样表面上的晶面具有不同的取向的缘故。T8钢的奥氏体晶粒(暗场像)1Cr18Ni9Ti钢室温的奥氏体组织（2）奥氏体的晶体结构（f.c.c）碳原子的间隙固溶面心立方中的八面体间隙能容纳的最大球半径=0.414R在1147℃时，碳在奥氏体中的最大溶解度仅为2.11％（质量百分数），这是由于γ－Fe的八面体中心的间隙

3、半径仅为0.52Å，比碳原子的半径0.86Å小。碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变晶格不稳定，因此溶解度是有限的。如果图所示的间隙位置都被碳原子占据，则一个晶胞中含有4个铁原子和4个碳原子，则原子分数为50%，折合17.6wt％C。但是，实际上原子分数为8.7at％C，即25个γ－Fe晶胞中有9个碳原子。0.2％C的奥氏体中的间隙碳原子分布在奥氏体中，一部分碳原子固溶在fcc的晶格间隙中，一部分偏聚的晶界、位错等晶体缺陷处。碳含量分布实际上是不均匀的。（3）奥氏体的性能1）奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥氏体的比容最小

4、(与F、M比较)。因此，钢被加热到奥氏体相区时，体积收缩，冷却时，奥氏体转变为铁素体－珠光体等组织时，体积膨胀，容易引起内应力。2）奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性好，屈服强度低，易于加工塑性变形。钢锭或钢坯一般被加热到1100℃以上奥氏体化，然后进行锻轧，塑性加工成材。3）一般钢中的奥氏体具有顺磁性，因此奥氏体钢可以作为无磁性钢。特殊的Fe－Ni软磁合金，也是奥氏体组织，但具有铁磁性。4）奥氏体的导热性差，线膨胀系数最大，比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高约一倍。故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。5）由于其导热性差，大钢

5、件加热时，热透较慢，加热速度应当慢一些，以减少温差应力，避免开裂。2.2奥氏体形成机理奥氏体形成是扩散性相变，转变的全过程可以分为四个阶段:片状珠光体奥氏体珠光体转变为奥氏体，是扩散型相变，是形核－长大的过程。（1）奥氏体形成的热力学条件相变驱动力ΔGv相变临界点实际生产中加热速度一般较快，转变发生滞后现象，即转变开始点随着加热速度的加快而升高。习惯上将在一定加热速度下（0.125℃/min）实际测定的临界点用AC1表示。临界点A3和Acm也附加脚标c，即：AC3、ACCm。冷却时的临界点与冷却速度有关。冷却时的临界点以Ar1表示。临界

6、点A3和Acm也附加脚标r，表示为Ar3、Arcm。（2）奥氏体晶核的形成形核点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。0.1mm原奥氏体晶界和晶核cTEMFe-2.6Cr-1C钢的奥氏体的形核1.5μmaSEMT8钢奥氏体的形核1.5μmb奥氏体晶核在铁素体片/渗碳体片相界面处形成奥氏体晶核的尺度～100nm奥氏体的形成是扩散型相变，因此奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。也存在无扩散机制

7、形核的观点。奥氏体晶核与母相之间存在位向关系（3）奥氏体晶核的长大当在铁素体和渗碳体交界面上形成奥氏体晶核时，则形成了γ－α和γ－Fe3C两个相界面。奥氏体晶核的长大过程实际上是两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中推移的过程。奥氏体晶核的长大奥氏体同时吃掉铁素体片(a，b)和渗碳体片或只是吃掉铁素体（c）长大速率：0.65～1.375微米/秒剩余碳化物的溶解SEMT8奥氏体中存在剩余渗碳体奥氏体形成总结加热到临界点以上，形成奥氏体，分为四个阶段：①晶界形核；②晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大；③剩余渗碳体或碳化物溶解；④奥氏体成分相对均匀

8、化。2.3奥氏体等温形成动力学所谓形成动力学即指新相的形成速度问题。钢的成分、原始组织、加热温度、加热速度等均影响转变速度。为了使问题简化，首先讨论当温度恒定时奥氏体形成的动力学问题。（1）共析碳素钢的等温