A时3的及A实cm际也临可界附点加，下即脚A标c3c、及Ar以r3、表A示c实cm、际A的r加cm。热与冷却13
临界点
• 同一炉亚共析钢的临界点的高低? • Ac3、 A3、 Ac1、 A1、 Arl、 Ar3
Ac3> A3 > Ar3 Ac1 > A1 > Arl A3 > A1 • Accm、 Acm、 Ac1、 A1、 Arl、Arcm?
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。
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。
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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。
1.0 1.5 2.0
碳含量/w%
图2.2 奥氏体点阵参数与碳含量的关系
4
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。
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
—铁原子； —碳原子
图2.1 奥氏体的晶体结构
3
奥氏体点阵常数/nm
0.364 0.362 0.360 0.358
0.356 0
0.5
2.2.1.2 奥氏体长大
(1) 原始组织为片状珠光体
因
C g -Fe3C g
Cgg -a
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。
• 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。
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图 2.6 Fe-Fe3C状态图
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。
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图2.3 1Crl8Ni9Ti固溶处理后的等轴奥氏体颗粒状组织
6
图2.4 奥氏体的针状组织
7
图2.5 Mn18钢带有孪晶的奥氏体
8
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
第二章 钢中奥氏体的形成
1
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。
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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。
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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
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2.2 奥氏体的形成机理
Fe3C
E
g+Fe3C
•
Cg -Fe3C g
w(C)%
Sγ•C来自g-aGαg+a
•
•
温T1度/温℃度/℃ (a)
Ca -Fe3C a
Caa-g
距离 (b)
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19
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
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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。
Gγ GP
自由能G ΔGV
ΔT
A1=727℃
t1
温度t/℃
图2.7 珠光体与奥氏体的自由能与温度的关系
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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。
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。
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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。
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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。
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Fe3C
α
γ