热处理原理及工艺2-14课件

(2)热处理原理及工艺珠光体被加热到A1（727℃）以上时将转变为奥氏体.钢热处理多数情况下都加热到A相区.第二章钢在加热时的转变§

2-1奥氏体的结构、组织和性能1、奥氏体的结构奥氏体(γ,A)是碳原子溶于γ-Fe所形成的固溶体。合金钢中，除了碳原子外，溶于γ-Fe中的还有合金元素原子。（2）碳含量与点阵常数的关系碳原子的溶入使的γ-Fe点阵发生畸变，点阵常数增大。溶入的碳愈多，点阵常数愈大。

奥氏体点阵常数与碳含量的关系2、奥氏体的组织在一般的情况下A的组织是由多边形的等轴晶粒所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。奥氏体显微组织（晶内有孪晶）3、奥氏体的性能

Fe-C合金中的奥氏体在室温下是不稳定相。但Fe-C合金中加入足够数量的能扩大γ相区的元素（Ni，Mn），可使奥氏体在室温，甚至在低温成为稳定相。以奥氏体状态使用的钢称为奥氏体钢。（1）磁性

奥氏体具有顺磁性，故奥氏体钢又可作为无磁钢。（2）比容

在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。可利用这一点调整残余奥氏体的量，以达到减少淬火工件体积变化的目的。（3）膨胀

奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高出约一倍。故奥氏体钢也可被用来制作要求热膨胀灵敏的仪表元件。（4）导热性

除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。因此，为避免热应力引起的工件变形，奥氏体钢不可采用过大的加热速度加热。（5）力学性能

具有高的塑性、低的屈服强度，容易塑性变形加工成形。FCC点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢珠光体（P）和奥氏体（γ）自由能随温度的变化曲线（示意图）

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A1（727℃）。从能量方程可以看出：当T<T0时，ΔGV=GA-GP>0ΔG>0，

P不能转变为A；当T=T0时，ΔGV=GA-GP=0ΔG＝0P不能转变为A；当T>T0时，ΔGV=GA-GP<0

ΔG<0P可能转变为AA形成的热力学条件:必须在一定的过热条件下以共析钢为例从珠光体向奥氏体转变的转变方程，

α+Fe3C→γ碳含量C%

：0.02186.690.77晶格类型：

bcc复杂斜方fccP向A转变包括铁原子的点阵改组，碳原子的扩散和渗碳体的溶解。

§2-3奥氏体的形成过程

1、奥氏体的形核形核部位

1）F/Fe3C界面---优先形核；

优先在F与Fe3C相界面处形核:存在碳的成分起伏，且有渗碳体溶解后的碳原子补充；存在结构起伏；界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏,容易满足形成A所需的能量.2）珠光体团交界处；3）先共析F/P团交界处。4)有时在铁素体内部也能形核：过热度大，提供足够的相变驱动力，同时A晶核临界半径小。形核部位2、奥氏体的长大

A核的长大是依靠碳原子的扩散、A两侧界面向F及Fe3C推移来进行的。奥氏体晶核的长大假定两个相界面都是平直的。长大过程中的原子扩散：3、剩余渗碳体的溶解

实验表明在P向A转变过程中，总是F首先消失，将有一部分Fe3C残留下来，Fe3C随着保温时间的延长或温度的升高，通过碳原子的扩散不断溶入A中。4、奥氏体成分均匀化在残留Fe3C刚刚完全溶入A的情况下，C在A中的分布是不均匀的。原来为Fe3C的区域碳含量较高，而原来是F的区域，碳含量较低。只有继续加热或保温，借助于C原子的扩散才能使整个A中碳的分布趋于均匀。

A的形成过程亚共析钢先P→A，再F→A；过共析钢先P→A，再Cm→A.5、奥氏体非扩散形成F向A转变直接受加热速度控制，快速加热可以无扩散形核。

（1）无扩散形核，扩散长大；（2）铁素体全部以无扩散方式转变为低碳的奥氏体；（一）奥氏体等温形成动力学曲线

1.共析碳钢A等温形成图建立

试样：φ10mm×2mm小圆片；原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态；温度：在AC1以上设定不同的温度，如730℃、745℃、765℃、……；

时间：在每个温度下保持一系列时间，如1s、5s、10s、20s、……；

冷却：在盐水中急冷到室温；

观察：在显微镜下测出试样中M的数量（～高温下A的数量）；

做图：做出每个温度下A形成量和保温时间的关系曲线，即得到了A等温形成的动力学曲线。时间/s把不同温度下转变相同数量所需时间，综合在温度和时间坐标系内，就得到奥氏体等温形成图。共析碳钢奥氏体等温形成图

③温度越高，A形成所需的全部时间越短，形成速度越快。共析碳钢奥氏体等温形成图

④在A刚刚形成后，还需一段时间使残留碳化物溶解和A成分均匀化。3.过共析和亚共析碳钢奥氏体等温形成图①过共析碳钢：原始组织为P+Fe3C

，且P的数量随钢的C%增加而减少。②亚共析碳钢：原始组织为P+F，且P的数量随钢的C%增加而增加。

（a）过共析钢（WC1.2%）奥氏体等温形成图

（b）亚共析钢（WC0.45%）奥氏体等温形成图

α＋P4.合金元素的影响1）合金钢中奥氏体形成的特点①通过影响碳扩散速度，影响奥氏体的形成速度

强碳化物形成元素Cr、Mo、W等，降低碳在奥氏体中扩散系数，推迟珠光体转变为奥氏体；非碳化物形成元素Co、Ni等增大碳在奥氏体中的扩散系数，使奥氏体形成速度加快；Si、Al等对碳原子的扩散系数影响不大，因此对奥氏体的形成无明显的影响。②通过改变碳化物稳定性，影响A的形成速度使碳化物稳定性提高的元素，将延缓奥氏体的形成。如钢中加入W、Mo和其它强碳化物形成元素，可以形成稳定性极高的特殊类型的碳化物，加热时不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢。③对临界点的影响

Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等升高A1温度。

加热温度相同时，过热度不同④合金元素通过对原始组织的影响来影响A的形成速度

Ni、Mn等使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。

总结：不同因素，包括温度、碳含量、原始组织、合金元素影响A的形成速度的根本原因：源于对驱动力大小、扩散距离远近，原子扩散能力的影响连续加热时A形成的基本过程和等温转变相似，也是由A形核、长大、残余碳化物溶解和A成分均匀化四个阶段组成。

二、连续加热时奥氏体的形成A形成的开始温度和终了温度均随加热速度增大而升高。当钢的加热速度大到某一范围时，所有亚共析钢的转变温度均相同，加热速度约在105～106℃/s范围内时含碳在0.2~0.9%的钢的转变温度均约在1130℃。连续加热时奥氏体的形成特点1.在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高2、相变是在一个温度范围内完成的

加热速度越快,A的转变温度范围越宽，但形成速度却加快，A形成时间缩短。时间/s温度/℃0.85%C钢不同加热速度下的加热曲线A110℃/s850℃/s3、可以获得超细晶粒

过热度大，形核率急剧增大。如超高频脉冲加热淬火后晶粒后晶粒尺寸在2万倍显微镜下也难以分辩4、快速连续加热时形成的奥氏体成分不均匀性增大

Cγ-α降低，Cγ-c