钢的加热转变

钢的加热转变奥氏体的形成

奥氏体的性能

奥氏体形成的条件奥氏体形成的机理

珠光体类组织向奥氏体的转变

马氏体向奥氏体的转变

固态相变的晶核长大奥氏体形成的动力学

等温形成动力学

连续加热时奥氏体形成动力学奥氏体晶粒的长大及控制第二章钢的加热转变主要内容第2页,共63页，2024年2月25日，星期天

掌握钢件在加热过程中的组织转变规律；掌握奥氏体晶粒大小的影响因素及控制措施。重点奥氏体的形成机理意义钢在加热时的组织转变是钢件热处理的基础—为使钢经热处理后获得所需要的组织和性能，大多数热处理（如退火、正火和淬火等）都需要将钢件加热至相变临界点以上，形成奥氏体组织，称为奥氏体化，然后再以一定的速度进行冷却。加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀性、晶粒大小以及加热后未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物等过剩相的数量、分布状况等都对钢的冷却转变过程及转变产物的组织和性能产生重要的影响。近年来发展起来的超细晶粒化处理、亚温淬火处理等强韧化处理新工艺均以改变加热规范为主要手段。因此，研究钢在加热时奥氏体的形成过程具有重要的意义。难点第二章钢的加热转变第3页,共63页，2024年2月25日，星期天Roberts-Austen罗伯茨-奥斯汀(1843-1902)

英国冶金学家。18岁进入皇家矿业学院，后在造币厂从事金、银和合金成分的研究。1875年当选为英国皇家学会会员。1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。奥斯汀采用Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计，得以测定了高熔点物质的冷却速度，创立共晶理论。为纪念他，把γ–Fe及其固溶体的金相组织命名为奥氏体。第二章钢的加热转变第4页,共63页，2024年2月25日，星期天2.1奥氏体的形成

晶体结构：奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于由Fe原子组成的八面体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。若所有八面体间隙中均填满碳原子，单位晶胞中应含有4个Fe原子和4个碳原子，其原子百分比为50%，重量百分比为20%。

一、奥氏体的组织与结构奥氏体的组织：通常是由等轴状的多边形晶粒组成，晶内常可出现相变孪晶。第二章钢的加热转变第5页,共63页，2024年2月25日，星期天实际上：奥氏体的最大碳含量为2.11%（重量，1148℃时），原子百分比为10%，即2-3个晶胞中才有一个原子。

原因：碳原子半径为0.77Å，而γ-Fe点阵中八面体间隙半径仅为0.52Å，碳原子进入间隙位置后将引起点阵畸变，使其周围的间隙位置不可能都添满原子。奥氏体中碳原子含量实际是不均匀的，并不是每个八面体中心都占据碳原子，而是一部分八面体中含有碳原子，碳在奥氏体中存在浓度起伏。碳原子存在，使奥氏体点阵发生等称膨胀变形，若C含量上升，膨胀程度增加，点阵常数变大。第二章钢的加热转变第6页,共63页，2024年2月25日，星期天1.奥氏体的存在形式高温时存在：是钢中的高温稳定相；室温时存在：是钢中加入足够量的能够扩大奥氏体相区的元素，二、奥氏体的性能可使奥氏体在室温成为稳定相。所以奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状态。例如1Cr18Ni9Ti。第二章钢的加热转变第7页,共63页，2024年2月25日，星期天2.力学性能硬度和屈服强度均不高，碳的固溶体也不能有效地提高其硬度和强度；面心立方点阵滑移系统多，奥氏体的塑性很好，易于变形，所以钢的锻造加工常要求在奥氏体稳定存在的高温区域进行。第二章钢的加热转变第8页,共63页，2024年2月25日，星期天3.物理性能面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，所以奥氏体的比容最小；奥氏体的导热性差，故奥氏体钢加热时不宜采用过大的加热速度，以免因热应力过大而引起工件变形；奥氏体的线膨胀系数大，且为顺磁性（无磁性）。利用这一特性可以定量分析奥氏体含量，测定相变开始点，因此奥氏体钢也可以用来制作热膨胀灵敏的仪表元件；单相奥氏体具有耐蚀性能；奥氏体中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体钢的热强性好，可以作为高温用钢。第二章钢的加热转变第9页,共63页，2024年2月25日，星期天三、奥氏体的形成条件根据Fe-Fe3C相图，在极缓慢加热时珠光体向奥氏体的转变是在PSK线即A1温度开始的，而先共析铁素体和先共析渗碳体向奥氏体的转变温度则始于A1，分别结束于A3（GS线）和Acm（ES线）。实际热处理中，加热和冷却时的相变是在不平衡的条件下进行的，相变温度与平衡临界温度之间有一定差异。加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，而且加热和冷却速度越快偏差越大。通常将加热时的临界温度标为Ac1，Ac3，Accm；冷却时的临界温度标为Ar1，Ar3，Arcm。第二章钢的加热转变第10页,共63页，2024年2月25日，星期天珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图当温度等于A1时，奥氏体和珠光体的自由能相等，为相变的临界温度。只有当温度高于A1时，即有一定程度的过热时，才存在转变驱动力，使珠光体转变为奥氏体。第二章钢的加热转变第11页,共63页，2024年2月25日，星期天2.2奥氏体形成的机理奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变奥氏体的形成过程可分成四个阶段：（1）奥氏体的形核（2）奥氏体的长大（3）渗碳体的溶解（4）奥氏体的均匀化第二章钢的加热转变第12页,共63页，2024年2月25日，星期天钢加热时奥氏体的形成遵循结晶过程的普遍规律，珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化

共析钢奥氏体形成过程示意图第二章钢的加热转变第13页,共63页，2024年2月25日，星期天一、奥氏体的形核根据Fe-Fe3C平衡状态图，由铁素体和渗碳体两相组成的珠光体加热到ACl稍上温度时将转变为单相奥氏体，即相组成：（α+Fe3C）→γ碳含量：0.02%6.69%0.77%点阵结构：体心立方复杂斜方面心立方形核的成分、结构条件第二章钢的加热转变第14页,共63页，2024年2月25日，星期天三者的成分和晶体结构都相差很大。珠光体（P）是由含碳量很低、具有体心立方晶格的α相（铁素体，F）和含碳量很高、具有复杂晶格的渗碳体组成的，而奥氏体（A）的含碳量介于二者之间，晶体结构为面心立方晶格，因此，奥氏体的形成过程必然包括铁、碳原子的扩散重新分布和铁晶格的改组。第15页,共63页，2024年2月25日，星期天

形核位置

奥氏体的晶核首先在铁素体和渗碳体两相界面处或在珠光体团的边界上形成。我们已经知道，在相变过程中新相的形成要克服热力学障碍和动力学障碍。奥氏体的形核热力学驱动力为两相之间的自由能差，而动力学驱动力则为结构起伏、成分起伏和能量起伏。为什么奥氏体只在铁素体和渗碳体的界面形核？第二章钢的加热转变第16页,共63页，2024年2月25日，星期天铁素体和渗碳体都不能直接转变为奥氏体，而在两者界面之间碳原子分布不均匀，容易出现奥氏体形核时所需要的浓度起伏。而且在界面扩散距离也最短；两相界面处，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，从而促使奥氏体形核，即形核所需的结构起伏较小；两相界面处，杂质及其它晶体缺陷较多，不仅碳原子浓度较高，且有较高的畸变能，如果新相在这些部位上成核，则有可能消除部分晶体缺陷而使系统的自由能降低，且新相形核时产生的应变能也较容易借助相界流变而释放。珠光体团边界与铁素体和渗碳体的相界一样，也是奥氏体的形核部位。此外，在快速加热时，由于过热度大，奥氏体临界晶核尺寸减小，且相变所需要的浓度起伏也减小，因此新奥氏体也可在铁素体内的亚晶界上形核。第二章钢的加热转变第17页,共63页，2024年2月25日，星期天二、奥氏体的长大奥氏体晶核的长大过程是依靠A/F和A/Fe3C这两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中推移进行的。此时，奥氏体与铁素体和渗碳体间建立起了界面的浓度平衡。奥氏体中的碳浓度是不均匀的，与铁素体相接处含碳量较低，而与渗碳体相接处含碳量较高，碳原子必然要由高浓度处向低浓度处扩散，从而破坏了相界面平衡条件。为了恢复平衡，高碳的Fe3C将溶解以提高相界面的含碳量；同时在另一界面上，铁素体转变为奥氏体以提高界面含碳量。这样，碳浓度平衡的破坏和恢复反复循环进行，奥氏体便不断地向铁素体和渗碳体中推移，逐渐长大。在碳原子扩散的同时，也包含着铁的晶格的改组，相界面移动的速度表示晶格改组的速度。第二章钢的加热转变第18页,共63页，2024年2月25日，星期天

相界面上的碳浓度及扩散∆Cr↔k∆Cr↔αdCdx第二章钢的加热转变第19页,共63页，2024年2月25日，星期天铁素体消失以后，随着保温时间延长或继续升温，奥氏体中剩余的渗碳体通过碳原子的扩散，不断溶入奥氏体中。三、残留渗碳体（碳化物）的溶解为什么渗碳体会残留下来？第二章钢的加热转变第20页,共63页，2024年2月25日，星期天

在奥氏体长大过程中，由于奥氏体与铁素体相界面处的碳浓度差显著地小于渗碳体和奥氏体相界面处的浓度差，所以，奥氏体只需要溶解一小部分渗碳体就可以使其界面处的奥氏体达到饱和，而必须溶解大量的铁素体才能使其相界面处奥氏体的碳浓度趋于平衡。所以长大中的奥氏体溶解铁素体的速度始终大于溶解渗碳体的速度，铁素体溶解的速度是渗碳体溶解速度的14倍，故在共析钢中铁素体总是先消失。转变机制：一般认为是通过Fe3C中的碳原子向γ中扩散和铁原子向贫碳Fe3C扩散以及Fe3C向γ晶体点阵改组来完成的。第二章钢的加热转变第21页,共63页，2024年2月25日，星期天四、奥氏体成分均匀化综上所述，奥氏体的形成过程可以分为四个阶段：奥氏体形核奥氏体晶核向α及Fe3C两个方向长大剩余碳化物溶解奥氏体均匀化

原渗碳体部位的碳浓度高，原铁素体部位的碳浓度低。通过加热或保温，借助Fe、C原子在新形成奥氏体中的扩散，实现奥氏体成分的均匀化。奥氏体形核奥氏体晶核向α及Fe3C两个方向长大剩余碳化物溶解奥氏体均匀化第二章钢的加热转变第22页,共63页，2024年2月25日，星期天亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同，当加热温度仅超过Ac1时，原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳体，该过程称为不完全奥氏体化过程。只有当加热温度超过Ac3或Accm，并保温足够的时间，才能获得均匀的单相奥氏体，此时称为完全奥氏体化过程。由此可见，非共析钢的奥氏体化过程包括两个过程，第一是珠光体的奥氏体化过程；第二是先共析相的奥氏体化过程。第二章钢的加热转变第23页,共63页，2024年2月25日，星期天2.3奥氏体形成动力学

动力学问题包括珠光体—奥氏体转变形核率；线长大速度。主要讨论奥氏体形成时的速度问题，即形成量和时间的关系。奥氏体的形成速度取决于成核和长大速度，它们受钢的成分、原始组织、温度等条件的影响。第二章钢的加热转变第24页,共63页，2024年2月25日，星期天1.奥氏体的形核率根据经典形核理论，奥氏体的形核率可以表示为：

为了满足形核的热力学条件，需依靠能量起伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获得能量涨落的几率因子exp(-∆G*/kT)

成正比。为了达到奥氏体晶核对成分的要求，需要原子越过能垒，经扩散富集到形核区，所以应与原子扩散的几率因子exp(-Q/kT)

成正比。一、奥氏体等温形成动力学第二章钢的加热转变第25页,共63页，2024年2月25日，星期天其中：形核率主要取决于指数因子。因此，当奥氏体在较高的温度形成时，不仅TA增大，而且由于DGv增大而使DG*减小，从而使形核率随温度的升高而大大增加。与结晶不同的是，P→A的相变，是在升高温度下进行的相变。第二章钢的加热转变转变温度(℃)成核率N[1/(mm3﹒s)]线生长速度G(mm/s)转变完成一半所需的时间（s）74022800.0005100760110000.0109780515000.02638006160000.0411第26页,共63页，2024年2月25日，星期天2、奥氏体的长大线速度假定奥氏体的长大完全受碳原子在奥氏体中的扩散所控制，并假定奥氏体晶核形成后其线生长速度等于相界面的推移速度，并忽略碳原子在铁素体中的扩散对相界面移动速度的影响则可由扩散定律推导出奥氏体形成时相界面推移速度：2.奥氏体线长大速度第二章钢的加热转变va、vb分别为奥氏体向渗碳体和铁素体推进的线速度；ra、rb渗碳体颗粒的半径和围绕着它的奥氏体半径第27页,共63页，2024年2月25日，星期天

碳在奥氏体中的扩散系数D=D0exp(-Q/RT)

阿累尼乌斯方程(Arrhenius)G----长大线速度，单位mm/s

温度升高时，D↑,dC↑,∆Cγ↔α↓,∆Cγ↔k↓

从而线长大速度G增大。∆Cr↔k∆Cr↔αdC第二章钢的加热转变第28页,共63页，2024年2月25日，星期天奥氏体的长大速度随温度升高而增大：（1）原子扩散系数D成指数函数关系增大（2）奥氏体两相界面之间的碳浓度差（Cγ/cem－Cγ/α）增大（见图中的SG线及SE线），增大了碳在奥氏体中的浓度梯度；（3）铁素体中有利于奥氏体形核部位增多，原子扩散距离相对缩短，有利于奥氏体长大；（4）奥氏体与铁素体的相界面浓度差（Cγ/α-Cα/γ）以及奥氏体与渗碳体的相界面浓度差（Ccem/γ-Cγ/cem）均减小，因而加速了奥氏体长大时的相界面推移速度。总之，奥氏体形成温度升高时，奥氏体的形核率I和长大速度G均增大。所以，奥氏体形成速度随形成温度升高呈单调增大。第二章钢的加热转变第29页,共63页，2024年2月25日，星期天3.奥氏体等温形成动力学曲线将一组共析碳钢试样迅速加热至AC1点以上不同温度，保温不同时间后在盐水中急冷至室温，测出每个试样中的马氏体转变量,作出各温度下奥氏体形成量与保温时间的关系曲线，即为奥氏体等温形成动力学曲线，如图所示。

共析碳钢奥氏体等温形成动力学曲线(a)和等温形成图示意图(b)第二章钢的加热转变第30页,共63页，2024年2月25日，星期天

“终了”线处仍有部分剩余碳化物存在，需要继续保温才能完全溶解。而且在碳化物完全溶解之后，还需要继续保温才能使奥氏体的成分均匀化。若将剩余碳化物溶解及奥氏体成分均匀化过程全部标出，则共析碳钢的奥氏体等温形成图如图

所示。共析碳钢奥氏体等温形成图第二章钢的加热转变第31页,共63页，2024年2月25日，星期天在高于AC1温度加热保温时，奥氏体并不立即形成，而是经过一定的孕育期后才开始形成。加热温度愈高，孕育期就愈短；

奥氏体形成速度在开始时较慢，以后逐渐增大，当奥氏体形成量约为50％时最大，以后又逐渐减慢；加热温度愈高，形成奥氏体所需的全部时间就愈短，即奥氏体形成速度就愈快；

在珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，还需要一段时间使剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化。而在整个奥氏体形成过程中，剩余碳化物溶解，特别是奥氏体成分均匀化所需的时间最长。对于亚共析钢或过共析钢，当珠光体全部转变为奥氏体后，还有过剩相铁素体或过剩相渗碳体的转变。这些转变也需要通过碳原子在奥氏体中扩散以及奥氏体与过剩相之间的相界面推移来实现。第二章钢的加热转变第32页,共63页，2024年2月25日，星期天4影响奥氏体形成速度的因素1）加热温度的影响

T↑，奥氏体形成速度就愈快；

T↑，奥氏体的形核率I及长大速度G均增大；

T↑，I>G，所以奥氏体形成温度越高，获得的起始晶粒度就越细小；

T↑，相变的不平衡程度增大，在铁素体相消失的瞬间，剩余渗碳体量增多，因而奥氏体基体的平均碳含量降低。2）碳含量的影响

C↑，奥氏体形成速度就愈快。相界面增大，增加形核部位：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。扩散距离缩小，扩散系数增大：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。在过共析钢中由于碳化物数量过多，随碳含量增加会引起剩余碳化物溶解和奥氏体均匀化的时间延长。第二章钢的加热转变奥氏体形成温度对基体碳含量的影响A形成温度℃735760780850900基体C含量%0.770.690.610.510.46碳含量对奥氏体形成速度的影响C含量0.460.851.35转变50%需时间（min）752第33页,共63页，2024年2月25日，星期天3）原始组织的影响原始组织越细，晶体缺陷越多，奥氏体转变过程越快。片状珠光体快于粒状珠光体。4）合金元素的影响合金元素不影响奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳在奥氏体中的扩散系数，并且多数合金元素在碳化物和基体之间的分布是不均匀的，所以合金元素将影响奥氏体的形核和长大、碳化物溶解、奥氏体均匀化的速度。第二章钢的加热转变第34页,共63页，2024年2月25日，星期天强碳化物形成元素Cr，W，Mo，V，阻碍碳的扩散，降低形成速度。非碳化物形成元素Ni，Co，加速碳的扩散，增大形成速度。

Mn，Ni，Cu降低钢的临界点A1，细化原珠光体组织，增大形成速度。Al，Si等对扩散系数影响比较小，但提高钢的临界点A1，降低形成速度。钢中合金元素在原始组织中相的分布不均匀，在退火后，主要集中在：碳化物形成元素（Mo，Cr，W，V，Ti等）主要集中在碳化物相中；非碳化物形成元素（Co，Ni，Si等）主要集中在铁素体相中；所以，奥氏体均匀化过程，除了碳的均匀化外，还包括合金元素的均匀化；第二章钢的加热转变第35页,共63页，2024年2月25日，星期天

在实际生产中采用连续加热的方式进行加热，在连续加热的条件下，奥氏体形成的基本过程与等温条件下相似，也是通过奥氏体的形核、长大、残余碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化四个阶段，其影响因素也与等温形成时基本相同。二、连续加热时奥氏体形成动力学但是，因为奥氏体的形成是在连续加热条件下进行的，所以在相变动力学及相变机理上常会出现若干等温转变所没有的特点。第二章钢的加热转变第36页,共63页，2024年2月25日，星期天在一定的加热速度范围内，相变临界点随加热速度增大而升高；相变是在一个温度范围内完成；奥氏体形成速度随加热速度增大而增大；快速加热时的非平衡Fe-C状态图第二章钢的加热转变第37页,共63页，2024年2月25日，星期天奥氏体成分的不均匀性随加热速度增大而增大；奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化；奥氏体形成温度升高，奥氏体的起始晶粒细化；剩余碳化物的数量增多，奥氏体基体的平均碳含量降低；

（使得淬火马氏体获得韧化和强化）共析碳钢连续加热时的奥氏体形成图总之，连续加热时，随加热速度的增大：第二章钢的加热转变第38页,共63页，2024年2月25日，星期天2.4奥氏体晶粒的长大及其控制

钢的奥氏体晶粒大小直接影响冷却所得组织和性能。奥氏体晶粒细时，退火组织亦细，则强度、塑性、韧性较好；淬火马氏体也细，因而韧性得到改善。所以获得细小的晶粒是热处理始终要注意的问题。第二章钢的加热转变第39页,共63页，2024年2月25日，星期天第二章钢的加热转变第40页,共63页，2024年2月25日，星期天一、奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度是表示奥氏体晶粒大小的尺度。奥氏体的晶粒大小用晶粒度（N）来衡量。目前世界各国对钢铁产品几乎统一使用与标准金相图片相比较的方法来确定晶粒度N的级别。奥氏体晶粒大小用晶粒度表示，通常分为8级，1级最粗，8级最细，8级以上为超细晶粒。

晶粒度级别与晶粒大小的关系

n=2N-1

n----X100倍时，晶粒数/in2（6.45cm2）

N----晶粒度级别第二章钢的加热转变第41页,共63页，2024年2月25日，星期天X100倍晶粒度Nd(μm)125021773125488562644731822915.61011第二章钢的加热转变第42页,共63页，2024年2月25日，星期天奥氏体晶粒度有三种：①初始晶粒度

----奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。初始晶粒一般很细小，大小不均，晶界弯曲。(加热转变终了时所得的A晶粒)

实际晶粒度

----钢在某一加热条件下所获得的实际奥氏体晶粒大小。实际晶粒度除了与钢的本质晶粒长大倾向有关外，它主要决定于具体的加热温度和保温时间。(加热到冷却开始时所得的A晶粒)第二章钢的加热转变第43页,共63页，2024年2月25日，星期天

本质晶粒度

----表示钢在一定加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。它是钢的热处理工艺性能的重要指标之一。本质晶粒度只表示钢在一定的温度范围内，即在930±10℃，保温3~8小时后测定

1~4级----本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。

5~8级----本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。第二章钢的加热转变第44页,共63页，2024年2月25日，星期天

随加热温度升高，奥氏体晶粒迅速长大，称为本质粗晶粒钢，另一种是在930℃以下随温度升高，奥氏体晶粒长大速度很缓慢，称为本质细晶粒钢，如图所示。当加热温度超过某一温度（950～1100℃）以后，奥氏体晶粒才迅速长大，此时的晶粒尺寸甚至超过本质粗晶粒钢。加热温度对奥氏体晶粒大小的影响Ac1930℃第二章钢的加热转变第45页,共63页，2024年2月25日，星期天

二、奥氏体晶粒长大机制

奥氏体晶粒长大现象第二章钢的加热转变第46页,共63页，2024年2月25日，星期天长大方式：通过界面迁移而长大。驱动力来自总的晶界能的下降和奥氏体晶粒大小的不均匀性。表现为大晶粒吞并小晶粒。大晶粒吃掉小晶粒示意图(箭头表示晶界迁移方向)晶粒大小均匀一致时稳定的二维结构1.晶粒长大的驱动力第二章钢的加热转变第47页,共63页，2024年2月25日，星期天聚集再结晶奥氏体晶粒长大就是这种无数个小晶粒被吞并和大晶粒长大的综合结果。这种长大过程称为奥氏体的聚集再结晶。(进一步提高加热温度或延长保温时间，大晶粒将继续长大。)奥氏体晶粒的长大驱动力F与晶粒大小和界面能大小有关，表示为：

σ为单位面积晶界界面能（比界面能）；

R为晶界曲率半径;若比界面能愈大，晶粒尺寸愈小，则奥氏体晶粒长大的驱动力F就愈大，即晶粒长大的倾向性就愈大，晶界愈容易迁移。大晶粒将吃掉小晶粒，使总晶界面积减少，总的界面能降低。第二章钢的加热转变第48页,共63页，2024年2月25日，星期天2.晶界迁移阻力Zener微粒钉扎晶界模型

阻力：弥散的第二相粒子阻碍晶界迁移，起着钉扎晶界的作用。晶界向右迁移时，奥氏体晶界遇到第二相粒子发生弯曲，晶界面积将增加，界面能升高，因此所受的最大阻力为：第二章钢的加热转变第49页,共63页，2024年2月25日，星期天第50页,共63页，2024年2月25日，星期天当第二相微粒所占的体积分数一定时，第二相粒子越细小（r越小），单位体积中粒子数目越多，提供的对晶界迁移的总阻力越大。随着奥氏体晶粒长大，总的晶界面积逐渐减小，晶粒长大动力逐渐降低，直到晶粒长大动力和第二相弥散粒子的阻力相平衡时，奥氏体晶粒停止长大；奥氏体长大是个自发过程，主要表现为晶界的推移，第二相粒子对晶粒长大的抑制作用。所以为获得细小的奥氏体晶粒，钢中要有足够数量和足够细小的难溶第二相粒子。=rfF23maxs第二章钢的加热转变第51页,共63页，2024年2月25日，星期天第二章钢的加热转变第52页,共63页，2024年2月25日，星期天表现为晶界的迁移，实质上是原子在晶界附近的扩散过程。晶粒长大速度与晶界迁移速率及晶粒长大驱动力成正比。三、影响奥氏体晶粒长大的因素第二章钢的加热转变第53页,共63页，2024年2月25日，星期天随加热温度升高，奥氏体晶粒长大速度成指数关系迅速增大。晶粒越细小，界面能越高，晶粒长大速度就越大，随着晶粒的长大，其长大速度也减慢。*

所以，加热温度升高时，保温时间应相应缩短，这样才能获得细小的奥氏体晶粒。1.加热温度和保温时间第二章钢的加热转变第54页,共63页，2024年2月25日，星期天加热温度愈高，保温时间愈长，奥氏体晶粒将愈粗大；在每个温度下都有一个加速长大期，当奥氏体晶粒长到一定尺寸后，长大过程将减慢直至停止长大。加热温度愈高，奥氏体晶粒长大进行得就愈快。奥氏体晶粒大小与加热温度和保温时间的关系第二章钢的加热转变第55页,共63页，2024年2月25日，星期天2.加热速度的影响加热速度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率与长大速度之比（N/G）随之增大，可以获得细小的起始晶粒度。

快速加热并且短时间保温可以获得细小的奥氏体晶粒度。如果起始晶粒细小时长时间保温，加上实际形成温度高，奥氏体晶粒很容易长大。第二章钢的加热转变第56页,共63页，2024年2月25日，星期天3.钢的碳含量的影响

不足以形成过剩碳化物情况下：C↑，R↑。

碳在固溶于奥氏体的情况下，由于提高了铁的自扩散系数，将促进晶界的迁移，使奥氏体晶粒长大。共析碳钢最容易长大。有未溶解二次渗碳体情况下：C↑，R↓。

当碳以未溶二次渗碳体形式存在时，由于其阻碍晶界迁移，所以将阻碍奥氏体晶粒