理 原 理
所谓形成动力学即指形成速 度问题。钢的成分、原始组织、 度问题。钢的成分、原始组织、 加热温度等均影响转变速度。 加热温度等均影响转变速度。 为了使问题简化， 为了使问题简化，首先讨论 当温度恒定时奥氏体形成的动力 学问题。 学问题。
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4.1 共析碳素钢奥氏体等温形成动力学
将小试样迅速加 热到A 热到 c1以上不同 的温度， 的温度，并在各 温度下保持不同 时间后迅速淬冷
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测定奥氏体的 测定奥氏体的 转变量与 转变量与时间 的关系
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热 处 理 原 理
共析钢奥氏体等温形成图(TTA) 共析钢奥氏体等温形成图
Time-Temperature-Austenitization
参考《钢的热处理》 合金钢等温TTA曲线 参考《钢的热处理》P23合金钢等温 合金钢等温 曲线
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加热和冷却时的临界点
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《钢的热处理》P15 钢的热处理》
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3.1 奥氏体形成的热力学条件
驱动力
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珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的示意图
《钢的热处理》P15 钢的热处理》
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3.2 奥氏体晶核的形成
3.2.1 形核地点
一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成 晶核。 晶核。 奥氏体晶核也可以在以往的粗大奥氏体晶界上 原始奥氏体晶界）形核并且长大， （原始奥氏体晶界）形核并且长大，由于这样的 晶界处富集较多的碳原子和其他元素， 晶界处富集较多的碳原子和其他元素，给奥氏体 形核提供了有利条件。 形核提供了有利条件。 下图b)所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成 下图 所示为在原始粗大奥氏体晶界上开始形成 许多细小的奥氏体晶粒。 许多细小的奥氏体晶粒。
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一般钢中的奥氏体具有顺磁性， ③ 一般钢中的奥氏体具有顺磁性，因此奥氏 体钢可以作为无磁性钢。特殊的Fe－ 软 体钢可以作为无磁性钢。特殊的 －Ni软 磁合金，也是奥氏体组织，但具有铁磁性。 磁合金，也是奥氏体组织，但具有铁磁性。
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2.3奥氏体的性能 奥氏体的性能
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奥氏体的导热性差，线膨胀系数最大， ④ 奥氏体的导热性差，线膨胀系数最大，比 铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高约一 倍。故奥氏体钢可以用来制造热膨胀灵敏 的仪表元件。 的仪表元件。 另外，由于其导热性差，大钢件加热时， ⑤ 另外，由于其导热性差，大钢件加热时， 热透较慢，加热速度应当慢一些， 热透较慢，加热速度应当慢一些，以减少 温差应力，避免开裂。 温差应力，避免开裂。
因此研究钢中的奥氏体的形成机理， 因此研究钢中的奥氏体的形成机理，把握 奥氏体状态的方法， 奥氏体状态的方法，具有重要的实际意义 和理论价值。 和理论价值。
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2. 奥氏体的组织结构和性能
以往奥氏体定义为：碳溶入γ 中的固熔体 以往奥氏体定义为：碳溶入γ-Fe中的固熔体 钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入γ 钢中的奥氏体是碳或各种化学元素溶入γ-Fe 中所形成的固溶体。 中所形成的固溶体。
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2.3奥氏体的性能 奥氏体的性能
奥氏体的点阵滑移系多， ② 奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性 屈服强度低，易于加工塑性变形。 好，屈服强度低，易于加工塑性变形。钢 锭或钢坯一般被加热到1100℃以上奥氏体 锭或钢坯一般被加热到 ℃ 然后进行锻轧，塑性加工成材。 化，然后进行锻轧，塑性加工成材。
其中C、N等元素存在于奥氏体的间隙位置。 等元素存在于奥氏体的间隙位置。 其中 、 等元素存在于奥氏体的间隙位置 或者晶格缺陷处。 或者晶格缺陷处。 而原子尺寸与Fe原子相差不大的合金元素则 而原子尺寸与 原子相差不大的合金元素则 固溶于替换位置。 固溶于替换位置。 还有一些化学元素吸附于奥氏体晶界等晶体 缺陷处。 缺陷处。
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4.4.2原始组织的影响 原始组织的影响
钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。 钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。 因为原始组织中的碳化物分散度越高， 因为原始组织中的碳化物分散度越高，相 界面越多，形核率越大。同时， 界面越多，形核率越大。同时，珠光体的 片间距愈小碳原子的扩散距离减小， 片间距愈小碳原子的扩散距离减小，奥氏 体中的浓度梯度增大，从而， 体中的浓度梯度增大，从而，奥氏体形成 速度加快。 速度加快。如原始组织为托氏体时奥氏体 的形成速度比索氏体和珠光体都快。 的形成速度比索氏体和珠光体都快。
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1.引言 引言
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1.引言 引言
钢被加热得到的奥氏体 组织状态，包括奥氏 的组织状态，包括奥氏 体晶粒大小，亚结构， 体晶粒大小，亚结构， 成分， 成分，均匀性以及是否 存在其他相、夹杂物等， 存在其他相、夹杂物等，
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奥氏体转变的特点； 奥氏体转变的特点； 随后冷却过程中得到 的组织和性能
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结语 在连续加热时， 在连续加热时，随着加热速度的 增大，奥氏体化温度升高，可以细 增大，奥氏体化温度升高，可以细 化奥氏体晶粒，同时， 化奥氏体晶粒，同时，剩余碳化物 的数量会增多， 的数量会增多，故奥氏体基体的平 均碳含量较低， 均碳含量较低，这两个因素均可以 使淬火马氏体获得强韧化， 使淬火马氏体获得强韧化，有利于 提高淬火零件的韧性。 提高淬火零件的韧性。
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3.奥氏体形成机理 奥氏体形成机理
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奥氏体形成是扩散性 相变， 相变，转变的全过程可以 分为四个阶段， 分为四个阶段，即：奥氏 体形核；奥氏体晶核长大； 体形核；奥氏体晶核长大； 剩余渗碳体溶解； 剩余渗碳体溶解；奥氏体 成分均匀化。 成分均匀化。
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奥氏体形成的条件
加热和冷却时的临界点
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(a) T8 钢的奥氏体晶粒 暗场像 钢的奥氏体晶粒(暗场像 暗场像) (b) 1Cr18Ni9Ti钢室温的奥氏体组织 钢室温的奥氏体组织
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2.2奥氏体的晶体结构 奥氏体的晶体结构
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奥氏体晶格参数与含碳量的关系
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2.3奥氏体的性能 奥氏体的性能
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3、奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细化 、
快速加热时，相变过热度大， 快速加热时，相变过热度大，奥氏体 形核率急剧增大，同时， 形核率急剧增大，同时，加热时间又 因而，奥氏体晶粒来不及长大， 短，因而，奥氏体晶粒来不及长大， 晶粒较细， 晶粒较细，甚至获得超细化的奥氏体 晶粒。 晶粒。
热处理原理 ——1.钢在加热时的转变 钢在加热时的转变
School of Materials Science and Engineering Inner Mongolia University of Technology 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院 Liang ya hong Email: yahliang@ QQ群：75667328 群
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结论
奥氏体的形成可以分为四个阶段： 奥氏体的形成可以分为四个阶段： 形核； ①形核； 晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大； ②晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大； 剩余碳化物溶解； ③剩余碳化物溶解； 奥氏体成分均匀化。 ④奥氏体成分均匀化。
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4.奥氏体形成的动力学 奥氏体形成的动力学
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a)奥氏体在铁素体、渗碳体界面上形成 奥氏体在铁素体、 奥氏体在铁素体 b)奥氏体在原始界面上形核 奥氏体在原始界面上形核
原奥氏体 晶界和晶 核
0.1mm
《钢的热处理》P15 钢的热处理》
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3.2.2 形核 奥氏体的形成是扩散型相变， 奥氏体的形成是扩散型相变 ， 因此奥氏体 晶核是通过扩散机制形成的。 晶核是通过扩散机制形成的。
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3.2.3 奥氏体晶核的长大
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当在铁素体和渗碳体交界面上形成奥氏体 晶核时， 晶核时，则形成了γ –α 和γ –Fe3C两个相界 两个相界 那么， 面。那么，奥氏体晶核的长大过程实际上 是两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中 推移的过程。 推移的过程。
《钢的热处理》P25 扩散定律 钢的热处理》
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4.4 影响奥氏体形成速度的因素
一切影响奥氏体的形核率和增大 速度的因素都影响奥氏体的形成 速度。 速度。 加热温度，钢的原始组织， 如：加热温度，钢的原始组织， 化学成分等
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4.4.1加热温度的影响 加热温度的影响
①奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增 转变的孕育期变短， 大。转变的孕育期变短，相应的转变终了时间 也变短。 也变短。 ②随着奥氏体形成温度升高，形核率增长速率高 随着奥氏体形成温度升高， 于长大速度的增长速率。 于长大速度的增长速率。 ③随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁 随着奥氏体形成温度升高， 素体的推移速度比向渗碳体的推移速度之比增 大。
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2、奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大 、
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在快速加热情况 下，碳化物来不 及充分溶解， 及充分溶解，碳 和合金元素的原 子来不及充分扩 因而， 散，因而，造成 奥氏体中碳、 奥氏体中碳、合 金元素浓度分布 很不均匀 。
加热速度和淬火温度对40钢奥氏 加热速度和淬火温度对 钢奥氏 体内高碳区最高碳浓度的影响
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4.2 连续加热时奥氏体形成特征