2. 奥氏体转变机制 以共析钢为例
(1) 奥氏体的形核
形核的成分、结构条件
点阵结构： 体心立方 复杂正交 面心立方
奥氏体形核必须依靠系统内的能量起伏、 浓度起伏和结构起伏来实现
形核位置
通常在铁素体和渗碳体的相界面处
珠光体团的边界 先共析铁素体镶嵌块边界
(1) 在两相界面处，碳原子的浓度差较大，有利于获 得形成奥氏体晶核所需的碳浓度；
K
6.69
Fe3C
2.1 奥氏体及其特点
1. 奥氏体的晶体结构
① 碳原子溶于γ–Fe形成的间隙固 溶体； 表示：A或γ
②碳原子处于八面体中心间隙位置 (面心立方晶胞的中心或棱边中点)
③但奥氏体的最大溶C量(溶解度) 仅为2.11%
C原子进入γ–Fe点阵间隙位 置引起γ–Fe点阵膨胀；C%增加， 奥氏体点阵常数增大
3. 奥氏体的性能
奥氏体是钢中的高温稳定相，但若钢中加入足够量 的能够扩大 相区的元素，则可使奥氏体在室温成为 稳定相。因此，奥氏体可以是钢在使用时的一种组织状 态，以奥氏体状态使用的钢成为奥氏体钢。
Fcc结构 塑性 加工成形性好 最密排的点阵结构 比体积小 铁原子的扩散系数小 热强性好 高温用钢 线膨胀系数大 制作热膨胀灵敏的仪表元件 导热性能差 不宜采用过大的加热速度，以免引
(2) 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；
(3) 在两相界面处，杂质及其它晶体缺陷较多，具有 较高的畸变能，新相形核时可能消除部分晶体缺 陷而使系统的自由能降低。
两相界面处形核，容易满足奥氏体晶核 形成所需的能量起伏、浓度起伏和结构 起伏，有利于晶核的形成。
通过Fe3C中的碳原子向 中扩散和铁原子向贫碳 Fe3C扩散以及Fe3C向 晶体点阵改组完成的。
(4) 奥氏体成分均匀化
综上所述，奥氏体形成分为四个阶段:
(1)奥氏体在铁素体—渗碳体界面上形核； (2)奥氏体向铁素体和渗碳体两侧长大； (3)剩余渗碳体的溶解 (4)奥氏体中碳的扩散均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
2.1 奥氏体及其特点
1. 奥氏体的晶体结构
④ C原子在A当中分布是不均匀 的，存在浓度起伏
⑤ 合金元素(Mn, Si, Cr, Ni, Co) 等在γ–Fe中取代Fe原子的位置 而形成置换式固溶体
2. 奥氏体的组织形态
奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转 变的程度有关。一般由多边形等轴晶粒组成。这种形态 也称为颗粒状，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶 。
(1) 珠光体的奥氏体化过程
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。
(2) 先共析相的奥氏体化过程
只有当加热温度超过Ac3或Accm，并保温足够时 间，才能获得均匀单相奥氏体，此时称为完全奥 氏体化。
➢ 加热和冷却速度越快偏差越大。
0.125 ⁰C/min
加热时：
实际转变温度移向高温，以 Ac表示Ac1、Ac3、Accm
冷却时：
实际转变温度移向低温，以 Ar表示Ar1、Ar3、Arcm
钢在加热和冷却时临界温度的意义
Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开 始温度； Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度； Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度； Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度； Accm ——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度; Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。
3. 奥氏体转变动力学
Fe-C相图只给出了热力学的平衡状况，无法给出奥氏体组 织状况（均匀性、晶粒大小等），须考虑时间的影响；
实际热处理中须控制奥氏体化程度，这就须了解奥氏体形 成速度。
共析钢奥氏体等温形成动力学图
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。
(2) 奥氏体晶核长大
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和渗碳体推移来实现的。
(3) 残留碳化物溶解
当铁素体完全转变为奥氏体时，仍有部分渗碳体没有 转变为奥氏体，称为残余碳化物。 (1)A/F界面向F推移速度>A/Fe3C界面向Fe3C推移
速度 (2) 刚形成的A平均碳含量<P含碳量
原始组织
加热方式
平衡组织 非平衡组织
等温加热 连续加热
1. 奥氏体转变热力学 相变驱动力
奥氏体形成的热力学条件：必 须在一定的过热度（T > A1） 条件下才能发生。
实际生产
➢ 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；
共析钢奥氏体等温形成动力学图
动力学曲线特点：
(1) 在高于Ac1温度加热保温时，奥氏体 并不立即生成，而是经过一定的孕育期 后才开始形成。
(2) 在整个奥氏体形成过程中，奥氏体的 形成速率不同。转变初期，转变速率随 时间的延长而加快，当转变量达到50% 左右时转变速率最大，随后转变速率又 随时间的延长而减慢。
第2章 钢在高温加热时 的奥氏体转变
研究奥氏体转
δ
J
NH
γ
铁碳相图
L L+γ
E (2.11) C (4.3)
D
L+ Fe3C
F
G
α+γ
P (0.0218) S (0.77)
γ+ Fe3C
A1 (727ºC)
珠光体(P)
α α+ P
Q Fe
P+ Fe3C α+ Fe3C
C% →
起工件变形 顺磁性 无磁性钢，相变点和残留奥氏体的测定
2.2 钢的奥氏体等温转变
根据Fe-Fe3C相图，当把钢缓慢加热到共析温度以上时，珠 光体将向奥氏体转变。钢在热处理时，通常第一道工序就是把 钢加热，使之形成奥氏体组织。
通常把钢加热到临界温度以上获得奥氏体的转变过程称为奥 氏体化过程。
加热时钢中奥氏体的转变过程与条件，对最终形成的奥氏 体晶粒尺寸、形态、转变完善程度(如元素的均匀化程度)等有 重要影响，而所有这些又都必然影响到热处理后钢的最终组织 和性能。