第二章 奥氏体的形成

第二章奥氏体的形成1第一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.1奥氏体及其形成条件

2.1.1奥氏体的组织结构

奥氏体是碳溶于g-Fe所形成的固溶体。碳原子位于g-Fe八面体间隙的中心，即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中点。

如果所有的八面体中心均能容纳入一个碳原子，奥氏体的极限含碳量是多少?为什么?g-Fe八面体间隙的半径仅为0.052nm，小于C原子的半径0.077nm。合金钢的奥氏体：C、N等间隙原子位于g-Fe八面体间隙的中心，而Mn、Si、Cr、Ni、Co等合金元素的原子则置换部分Fe原子，处于面心立方点阵的结点位置。2第二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.1奥氏体的晶体结构3第三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.2奥氏体点阵参数与碳含量的关系4第四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五组织形态：与原始组织、加热速度以及加热转变的程度等有关；一般均为颗粒状；非平衡态的含碳较低的钢以较低的速度加热到（a+g）两相区时可以得到针状奥氏体；加热转变刚结束时所得的颗粒状奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则弧形。经过一段时间高温保温后，奥氏体晶粒将长大，晶粒边界将通过平直化而变直，呈等轴多边形。有的奥氏体晶粒内还可能存在孪晶。5第五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.31Crl8Ni9Ti固溶处理后的等轴奥氏体颗粒状组织

6第六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.4奥氏体的针状组织7第七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.5Mn18钢带有孪晶的奥氏体

8第八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.1.2奥氏体的性能（1）塑性很好：面心立方点阵，滑移系统多。（2）硬度与强度低：碳的溶入也不能有效地提高奥氏体的硬度与强度。（3）比容最小：面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，紧密度高，故比体积最小。（4）热强性好：奥氏体钢可作为高温用钢。（5）顺磁性：无磁性钢。（6）线膨胀系数高：用来制作要求热膨胀灵敏的仪表元件。（7）导热性能差：奥氏体钢不宜用过大的速度加热。

9第九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.1.3奥氏体的形成条件共析钢：加热到共析温度727℃时，珠光体可以全部等温转变为奥氏体。亚共析钢：加热到共析温度时，珠光体首先转变为奥氏体；进入两相区，铁素体逐渐转变为奥氏体；在Ac3原始组织全部转变为奥氏体。过共析钢：加热到共析温度时，珠光体首先转变为奥氏体；进入两相区，渗碳体逐渐转变为奥氏体；在Acm过共析钢的原始组织全部转变为奥氏体。10第十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.6Fe-Fe3C状态图11第十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五加热转变的热力学条件：珠光体被加热到A1（727℃）以上时将转变为奥氏体。图2.7珠光体与奥氏体的自由能与温度的关系12第十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五奥氏体化：钢加热时，原始组织向奥氏体的转变。完全奥氏体化：原始组织全部转变为奥氏体。部分奥氏体化：原始组织部分转变为奥氏体。过热度：转变温度与临界点A1之差。过热度愈大，驱动力也就愈大，转变速度也就愈快。加热速度极慢时，有较充分的时间进行转变。只要过热度大于零，转变即可进行。Ac1：在一定(0.125℃/min)的加热速度下实际测得的临界点Ac1转变的开始点是随加热速度的增加而升高的。Arl：冷却时所发生的由奥氏体到珠光体的转变，也会因冷却速度的加快而发生滞后现象。习惯上将实测所得的发生冷却转变的温度称为Arl。Arl随冷却速度的增加而下降。A3及Acm也可附加下脚标c及r以表示实际的加热与冷却时的实际临界点，即Ac3、Ar3、Accm、Arcm。13第十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五临界点同一炉亚共析钢的临界点的高低?Ac3、A3、

Ac1、

A1、Arl、

Ar3Ac3>A3>

Ar3Ac1>A1

>ArlA3>

A1Accm、Acm、Ac1、

A1、Arl、Arcm?14第十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理分为四个过程：奥氏体形核；奥氏体长大；剩余渗碳体溶解；奥氏体均匀化。15第十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.8珠光体向奥氏体转变过程示意图

a.奥氏体形核；b.奥氏体长大；

c.剩余渗碳体溶解；d.奥氏体均匀化16第十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理(重点)2.2.1.1奥氏体形核奥氏体的晶核通常首先在铁素体与渗碳体的交界面上形成。奥氏体晶核之所以在铁素体与渗碳体的交界面形成，是因为界面处能够满足奥氏体形核的成分条件、能量条件以及结构条件。奥氏体也可能在珠光体团界、珠光体团与先共析铁素体的界面形核。快速加热时，由于转变在较高温度发生，奥氏体核可优先在铁素体内亚晶界上形成。17第十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理2.2.1.2奥氏体长大奥氏体核的长大是通过渗碳体的溶解、碳原子在奥氏体中的扩散以及奥氏体两侧的界面向铁素体及渗碳体的推移来进行的。结合Fe-Fe3C状态图来说明奥氏体核长大过程以及碳的扩散过程。

18第十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.9奥氏体核的长大

(a)奥氏体形成时各相碳浓度(b)奥氏体长大示意图••g+ag+Fe3C••T1温度/℃19第十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理2.2.1.2奥氏体长大(1)原始组织为片状珠光体

因故在奥氏体内碳原子将向铁素体一侧扩散。扩散的结果破坏了界面碳的平衡。为恢复平衡，低碳的铁素体将转变为奥氏体而使碳含量降低，高碳的Fe3C将溶入奥氏体而使碳含量增加，亦即奥氏体分别向铁素体与渗碳体推移，不断长大。显然奥氏体晶核的这一长大过程是受碳在奥氏体中的扩散所控制的。20第二十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理(2)原始组织为粒状珠光体奥氏体核的长大是受碳在奥氏体内的扩散所控制。奥氏体核在铁素体晶粒边界上形成，先是沿边界长成条状，然后向晶内长成颗粒状。奥氏体在消耗完与其相接触的、包括界面上的碳化物后，将为铁素体所包围。

因奥氏体核的长大是受碳在铁素体内的扩散所控制：故碳不断由a-Fe3C界面向a-g界面扩散。扩散的结果是铁素体中a-Fe3C界面处的碳浓度不断降低，a-g界面处的碳浓度不断增高。打破了界面的碳平衡，结果引起渗碳体的不断溶解，碳向该处不断扩散，铁素体中a-g界面处的碳浓度不断增高，为奥氏体的长大提供了浓度条件，使奥氏体的界面不断向铁素体推进。21第二十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理2.2.1.3剩余渗碳体溶解当共析钢珠光体中的铁素体全部溶入奥氏体时，渗碳体还未完全溶解。由于奥氏体与渗碳体界面的浓度差远远大于奥氏体与铁素体界面的浓度差。只需要溶解一小部分渗碳体就可以使界面处的奥氏体达到碳饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使界面处的奥氏体达到碳平衡。而奥氏体界面的推移速度与相界面处两相的碳浓度差成正比，所以奥氏体溶解铁素体的速度始终大于溶解渗碳体的速度。随时间的延长，渗碳体中的碳原子继续向奥氏体内部扩散，奥氏体中的铁原子继续向贫碳的渗碳体扩散，不断贫碳的渗碳体的晶体点阵逐渐改组为奥氏体的晶体点阵，直至剩余渗碳体完全溶解为止。22第二十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2奥氏体的形成机理2.2.1共析钢平衡组织向奥氏体的转变机理2.2.1.4奥氏体均匀化当共析成分的珠光体恰好完全转变为奥氏体时，奥氏体的成分仍是不均匀的。原渗碳体部位的碳含量高，原铁素体部位的碳含量低。高温下形成的奥氏体碳含量低，低温下形成的奥氏体碳含量高。当继续在奥氏体区保温时，碳原子在奥氏体中将从浓度高的部位向浓度低的部位扩散，使奥氏体中碳的分布均匀化。23第二十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2.2非共析钢奥氏体的形成过共析钢中的先共析渗碳体的进一步溶解与共析钢转变时的第三阶段没有差别，可以将其看成是第三阶段的延续。亚共析钢退火组织在两相区的等温转变过程可分为两个阶段：（1）奥氏体核在铁素体与珠光体交界面形成后，快速长进珠光体直至珠光体全部转变为奥氏体；（2）奥氏体向先共析铁素体慢速长进，直至碳达到平衡浓度为止。24第二十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.2.3非平衡组织向奥氏体的转变（自学）马氏体向奥氏体的转变

也要经历形核、长大、渗碳体溶解和奥氏体均匀化四个阶段。针状奥氏体的形核：在马氏体板条之间，优先在马氏体板条与碳化物交界处形核。球状奥氏体形核：优先在马氏体板条束之间以及原奥氏体晶界上形核。加热温度和加热速度对奥氏体形态的影响：当在Ac1以上附近加热时，几乎没有针状奥氏体形成；当加热速度小于50℃/min时或大于100℃/s时，易于形成针状奥氏体。当采用20℃/s以下的中等加热速度时，则不易形成针状奥氏体。马氏体向奥氏体转变，主要是转变为球状奥氏体。针状奥氏体只不过是在奥氏体化初始阶段的一种过渡性组织形态。在随后的保温或升温过程中，针状奥氏体会进一步发生变化，或者通过再结晶转变为球状奥氏体，或者通过合并长大的机理变成粗大等轴晶粒奥氏体。25第二十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3奥氏体形成动力学2.3.1共析钢奥氏体等温形成动力学奥氏体形成速度取决于形核率I和线长大速度v。2.3.1.1形核率I

(2-1)

式中，C为常数，Q为扩散激活能，T为绝对温度，k为波尔兹曼常数，G*为临界晶核的形核功。在忽略应变能时，形核功G*可表示为

(2-2)式中，A为常数；s为奥氏体与珠光体的比界面能；△GV为奥氏体与珠光体的单位体积自由能差。

26第二十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五式(2-1)和式(2-2)表明，当奥氏体形成温度T升高时，一方面使形核率I以指数函数关系迅速增大；另一方面，随温度升高相变驱动力△GV增大而使形核功G*减小，导致形核率I进一步增大。因此，奥氏体形成温度升高，即相变过热度增大，可以使奥氏体形核率急剧增加。以激光束、电子束等高能束对钢表面进行高温快速奥氏体化，可以得到极细的奥氏体晶粒。27第二十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五250mm250mm250mm250mmNiTi合金不同功率密度条件下激光重熔处理熔池截面形貌28第二十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五17-4PH钢激光熔凝层截面宏观组织29第二十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.1.2线长大速度u可由扩散定律导出奥氏体形成时的相界面推移速度为式中，K为常数，为碳在奥氏体中的扩散系数，为相界面处奥氏体中碳的浓度梯度，ΔCB

为奥氏体与铁素体的相界面处或奥氏体与渗碳体的相界面处的两相浓度差，负号表示下坡扩散。由此可推出在780℃：在780℃奥氏体界面向铁素体的推移速度是向渗碳体推移速度的15倍30第三十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五奥氏体的长大速度随温度升高而增大的原因：①原子的扩散系数呈指数增大，而且奥氏体中两相界面之间的碳浓度差()增大，增大了碳在奥氏体中的浓度梯度，因而增加了奥氏体的长大速度；②铁素体中奥氏体形核率增多，原子扩散距离相对缩短，有利于奥氏体长大；③奥氏体与铁素体两相相界面的浓度差(-)

以及奥氏体与渗碳体的两相相界面的浓度差()均减小，因而加速了奥氏体长大时的相界面推移速度。31第三十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五表2.1奥氏体的形核率I和长大速度u与温度的关系转变温度T／℃形核率I/mm-3·s-1长大速度v/mm·s-1转变50%组织所需时间/s74022800.0005100760110000.0109780515000.02638006160000.041132第三十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.1.3共析钢奥氏体等温形成动力学图2.10T8A钢奥氏体等温形成动力学曲线33第三十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五共析钢奥氏体等温形成动力学曲线特点：（1）珠光体到奥氏体的转变需要经过一段孕育期后才能开始。（2）在转变初期，转变速度随时间的延长而加快。当转变量达到50％时，转变速度达到最大后，转变速度又随时间的延长而下降。（3）随等温温度提高，曲线往左移，即孕育期缩短，转变速度加快。2.3.1.3共析钢奥氏体等温形成动力学34第三十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.11共析钢奥氏体等温形成动力学图

35第三十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.2亚共析钢奥氏体等温形成动力学（自学）亚共析钢退火组织向奥氏体的转变动力学分为两个阶段，首先奥氏体快速长进珠光体直至珠光体全部转变为奥氏体，然后奥氏体向先共析铁素体慢速长进。第一阶段与共析钢一样也是受碳在奥氏体中的扩散所控制。此时，碳的扩散距离很小（即为珠光体片层间距之半），且珠光体量很少，故转变速度极快，转变所需时间较共析钢为少。例如化学成分为w（C）0.12%-w（Mn）1.5%的钢在740℃仅需45秒珠光体就已全部转变为奥氏体。36第三十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.2亚共析钢奥氏体等温形成动力学（自学）第二阶段的特点是不再形成新的奥氏体核，只是已形成的奥氏体向铁素体长入。这一过程也受碳在奥氏体中扩散所控制。由于在第二阶段的长大过程中，奥氏体中的碳原子要作较长距离的扩散，故奥氏体形成速度极慢。用碳含量不同的钢得出在两相区转变到终了所需的时间长达400min。亚共析钢在两相区的转变与共析钢在相同温度下的转变相比要慢得多。亚共析钢碳含量越高，奥氏体形成速度越快。这是因为，原始组织为退火组织时，碳含量愈高，先共析铁素体量愈少，故使转变的第一阶段增加，第二阶段减少，使奥氏体形成速度加快。37第三十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.3奥氏体形成的影响因素2.3.3.1加热温度的影响

加热温度越高，奥氏体形成速度就越快。随加热温度的升高，奥氏体的形核率I及长大速度v均增大，但I的增大速率高于v的增大速率。因此，奥氏体形成温度越高，获得的起始晶粒度就越细小。表2.2奥氏体形成温度对基体碳含量的影响奥氏体形成温度／℃735760780850900基体碳含量(a相消失时)／%0.770.690.610.510.4638第三十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.3.2碳含量的影响钢的碳含量越高，奥氏体形成速度就越快。随碳含量的增高，碳化物数量增多，相界面面积增大，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，并且随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大，这些因素都加速了奥氏体的形成。例如，在740℃等温进行奥氏体转变时，碳含量为0.46%（质量分数）的钢珠光体向奥氏体转变50%（体积分数）需要7min.，碳含量为0.85%（质量分数）的钢需要5min.，碳含量为1.35%（质量分数）的钢仅需要2min.。39第三十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.3.3合金元素的影响强碳化物形成元素如Mo、W、Cr等降低碳在奥氏体中的扩散系数，并形成特殊碳化物且不易溶解，所以显著减慢奥氏体的形成速度。合金元素可能改变相变临界点A1、A3、Acm的位置，从而改变相变时的过热度，影响奥氏体的形成速度。如Ni、Mn、Cu等降低A1点，故使奥氏体的形成速度增大；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V等提高A1点，所以减慢了奥氏体的形成速度。合金元素在原始组织各相中的分布是不均匀的。由于合金元素的扩散系数比碳原子的扩散系数小约1000～10000倍，同时碳化物形成元素还降低碳原子在奥氏体中的扩散系数，如若形成特殊碳化物(如VC、TiC等)则更难于溶解。因此，合金钢的奥氏体均匀化过程比碳钢要长得多。

40第四十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.3.3.4原始组织的影响（1）片间距在钢的化学成分相同的情况下，原始组织越细小，即珠光体片间距越小，剩余碳化物越细，奥氏体的形成速度就越快。这是因为珠光体片间距越小，剩余碳化物越细，则相界面就越多，形核率也就越大。同时由于珠光体的片层间距减小，奥氏体中碳的浓度梯度增大，使碳原子的扩散速度加快，而且碳原子扩散距离也减小，这些都增大奥氏体的长大速度。（2）原始组织形态与粒状珠光体相比，由于片状珠光体的相界面较大，渗碳体呈薄片状，易于溶解，所以加热时奥氏体形成速度相对要快。

41第四十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.4连续加热时奥氏体的形成奥氏体在连续加热时的形成与等温形成一样，也是通过形核、长大、碳化物的溶解以及奥氏体的均匀化完成的。用共析碳钢研究加热速度对加热转变的影响所得的结果见图2.12~2.13。42第四十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.120.85C钢在不同速度加热时的加热曲线43第四十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.13共析碳钢连续加热时的奥氏体形成图(V1<V2<V3<V4)

44第四十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.4连续加热时奥氏体的形成2.4.1奥氏体转变的临界温度

奥氏体转变的临界温度由一个固定的温度已转变为一定的温度范围。2.4.2奥氏体转变的临界温度的区域加热速度愈快，斜平台所对应的温度愈高。这表明奥氏体转变的温度范围随加热速度的增大而升至更高的温度区间。45第四十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.4连续加热时奥氏体的形成2.4.3奥氏体转变的速度

奥氏体转变的速度随加热速度的增大而加快。

2.4.4奥氏体晶粒

奥氏体晶粒随加热速度的增大而变细。用w(C)0.96%-w(Mn)0.17%钢得出，当加热速度从40℃/s提高到200℃/s时，可使奥氏体晶粒的直径减少一半。采用更高速度的超高频冲击加热时所形成的奥氏体晶粒更为细小，即使放大两万倍也难以分辨。

46第四十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.4连续加热时奥氏体的形成2.4.5奥氏体成分的不均匀性

奥氏体成分的不均匀性随加热速度的增大而增加。亚共析钢如果快速加热奥氏体化，将导致淬火后得到碳含量低于平均成分的马氏体和尚未完全转变的铁素体及碳化物，碳浓度极不均匀。这往往是有害的，应当尽量避免。高碳钢如果快速加热奥氏体化，将导致奥氏体起始晶粒细化，淬火后出现碳含量低于共析成分的低、中碳马氏体，剩余碳化物数量增多。这往往有助于高碳钢的力学性能得到强化和韧化，应当加以利用。47第四十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5奥氏体晶粒的长大及控制2.5.1奥氏体晶粒度的概念设n为放大100倍时每645mm2（l平方英寸）面积内的晶粒数，则下式中的N被用来表示晶粒大小的级别，称为晶粒度

n=2N–1

（2-1）

晶粒越细，n越大，N也越大。

N小于4的称为粗晶粒，5~8称为细晶粒，8以上称为超细晶粒。48第四十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.14标准晶粒度1~8级示意图49第四十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五几个与晶粒度有关的概念起始晶粒度：奥氏体化加热转变终了时（原始组织恰恰完全转变为奥氏体时）所得奥氏体晶粒称为奥氏体起始晶粒，其大小称为起始晶粒度。实际晶粒度：奥氏体化保温阶段结束，冷却转变开始时的奥氏体晶位称为实际晶粒，其大小称为实际晶粒度。本质晶粒度：以加热到930±10℃、保温3~8h后所得的实际晶粒称为本质晶粒，其大小称为本质晶粒度。本质晶粒度为1~4级的钢为本质粗晶粒钢。本质晶粒度未6~8级的钢为本质细晶粒钢。50第五十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.2奥氏体晶粒长大的特点长大的方式：晶界迁移、使弯曲晶界变直、大晶粒吞并小晶粒时间一定时，奥氏体晶粒的大小与温度之间的关系如图2.15所示。51第五十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.15奥氏体晶粒直径与加热温度的关系

1—不含Al的C-Mn钢；2—含Nb-N的钢52第五十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五正常长大：随温度升高，奥氏体晶粒不断长大异常长大：由曲线2可见，必须当温度超过某一定值后晶粒才随温度升高急剧长大，称为异常长大。该温度被称为奥氏体晶粒粗化温度。混晶现象

粗晶粒是依靠消耗细晶粒而长大的。粗晶粒越长越大，所占体积分数也越来越大，而细晶粒基本上不长大，所占体积分数则不断减少。当细晶粒被消耗完时，混晶也就消失。53第五十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五

本质细晶粒钢而言，奥氏体晶粒长大的过程可分为三个阶段，即：（1）孕育期：奥氏体起始晶粒不长大；（2）不均匀长大期：大晶粒吞并小晶粒，形成混晶期；（3）均匀长大期：待细小晶粒被吞并后，所有晶粒开始均匀长大。54第五十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.3奥氏体晶粒长大的影响因素2.5.3.1加热温度的影响

晶粒也将随温度的增高而迅速长大。2.5.3.2保温时间的影响

在一定的加热温度下，奥氏体的晶粒将随着保温时间的延长而长大。时间对晶粒的长大作用不如温度作用大。55第五十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.16w(C)0.48%-w(Mn)0.82%钢奥氏体晶粒温长大曲线56第五十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.3奥氏体晶粒长大的影响因素2.5.3.3加热速度的影响

加热速度越大，过热度越大，形核率越高，奥氏体起始晶粒度越细。

2.5.3.4化学成分的影响

（1）含碳量的影响

先增后减。在一定的加热温度和相同的加热条件下，钢中的含碳量低于一定的限度时，奥氏体晶粒长大倾向随钢中含碳量的增大而增大。这是因为随着含碳量的增加，碳及铁原子在奥氏体中的扩散速度增大，从而加速了奥氏体的晶粒长大。含碳量超过该浓度时，就会形成过剩的二次渗碳体，成为晶粒长大的障碍物，阻止晶粒长大。钢中含碳量超过一定的数值后，奥氏体晶粒长大倾向又有减小的缘故。57第五十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.18碳含量与奥氏体晶粒度(加热时间为3h)

58第五十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.3奥氏体晶粒长大的影响因素（2）合金元素的影响在共析钢中加入合金元素并不改变奥氏体形成机制。但由于合金元素的加入可以改变临界点的位置、影响碳在奥氏体中的扩散速度、还可与碳形成各种稳定性不同的碳化物，故将影响奥氏体晶粒的长大速度。强烈阻止奥氏体晶粒长大的元素：铝、钒、钛、锆等。中等程度阻止奥氏体晶粒长大的元素：钨、钼等。稍许阻止奥氏体晶粒长大的元素：氧、镍、钴、铜等。促进奥氏体晶粒长大的元素：磷、锰等。59第五十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.3奥氏体晶粒长大的影响因素2.5.3.5原始组织

碳化物呈片状时，奥氏体晶粒长大速度较颗粒状为快。对于片状珠光体来说，片层越薄，奥氏体线长大速度越大，最终奥氏体晶粒越粗大。存在未溶第二相微粒时能阻止奥氏体晶粒长大。微粒所占体积分数愈大，半径愈小，阻止奥氏体晶粒长大效果愈佳。60第六十页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.4细化奥氏体晶粒的措施2.5.4.1合理选择加热温度和保温时间

加热温度高，奥氏体形成速度加快，其晶粒长大倾向增大，实际晶粒度越粗大。延长保温时间也会出现奥氏体晶粒的长大。但加热温度对晶粒长大的影响要比保温时间的影响显著的多，因此要合理选择加热温度。2.5.4.2合理选择钢的原始组织

高碳工具钢一般要求其原始组织为碳化物具有一定分散度的球化退火组织。2.5.4.3加入一定量的合金元素

加入合金元素，使其在晶界上形成十分弥散的化合物，如碳化物、氧化物、氮化物等等；另外钢中加入硼及少量稀土元素，主要吸附在晶界上并降低晶界的能量，从而减小晶粒长大的动力，也可限制或推迟晶粒的长大。61第六十一页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.5.4细化奥氏体晶粒的措施2.5.4.4采用重结晶处理

重结晶就是将固态金属及合金在加热(或冷却)通过相变点时，从一种晶体结构转变成另一种晶体结构的过程。这里是指钢件加热到临界点稍上温度，使奥氏体重新形核并长大。实际生产中，工件经热加工(铸造、锻造、轧制、焊接等)后，往往晶粒粗大，力学性能降低。对此，可用重结晶来细化晶粒，例如对于有粗大晶粒的亚共析钢工件，可用完全退火或正火来细化晶粒。

62第六十二页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.6奥氏体化的缺陷及防止2.6.1欠烧2.6.2过热2.6.3过烧2.6.4氧化和脱碳2.6.5变形和开裂2.6.6组织遗传和断口遗传63第六十三页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.6奥氏体化的缺陷及防止2.6.1欠烧

欠热也叫加热不足，是由于加热温度过低或加热时间太短，未充分进行奥氏体化而引起的组织缺陷。欠热使亚共析钢淬火组织中出现铁素体或过共析钢淬火组织中出现较多未溶碳化物，造成淬火钢出现软点或硬度不均现象。2.6.2过热

金属或合金由于加热温度过高，使奥氏体晶粒长得过大，以致力学性能性能显著降低的现象称为过热。64第六十四页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.6奥氏体化的缺陷及防止2.6.3过烧

金属或合金的加热温度达到其固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。过烧工件只能报废。2.6.4氧化和脱碳金属加热时，介质中的氧、二氧化碳和水等与金属反应生成氧化物的过程称为氧化。加热时由于气体介质和钢铁表面层碳的作用，使表层含碳量降低的现象称为脱碳。65第六十五页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.6奥氏体化的缺陷及防止2.6.5变形和开裂

热处理工件在奥氏体化的加热过程中有产生变形与开裂的可能。产生的原因主要是工件在加热过程中由于不同部位存在着温差而引起的热应力。2.6.6组织遗传和断口遗传2.6.6.1组织遗传2.6.6.2断口遗传66第六十六页，共七十六页，编辑于2023年，星期五2.6奥氏体化的缺陷及防止2.6.6组织遗传和断口遗传2.6.6.1组织遗传原始组织为马氏体或贝氏体的钢在加热转变时使原来粗大奥氏体晶粒恢复原状的现象，称为组织遗传。67第六十七页，共七十六页，编辑于2023年，星期五图2.19T7钢的组织遗传(b)800℃×0.25h(a)1100℃×2h68第六十八页，共七十六页，编辑于2023年，星期五组织遗传产生的条件非平衡组织快速加热或慢速加热时，都有可能形成粗大的等轴颗粒状奥氏体晶粒，即可能产生组织遗传。加热速度分为慢速、中速与快速三类：（1）以1~2℃/min的速度加热称为慢速加热；（2）以大于1000℃/s的速度加热称为快速加热；（3）加热速度介于慢速与快速之间称为中速加热。69第六十九页，共七十六页，编辑于2023年，星期五组织遗传产生的原因非平衡组织快速加热时发生逆变（切变）转变为奥氏体，使原奥氏体组