由Fe-Fe3C状态图知，在P转变为A过程中，原F由BC C晶格改组为A的FCC晶格，原渗碳体由复杂斜方晶 格转变为FCC晶格。所以，奥氏体的形成过程就是铁 晶格的改组和Fe、C原子的扩散过程。常将这一过程 和奥氏体冷却过程的转变称为“相变重结晶”。基于 能量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗 碳体两相交界处产生，这两相交界面越多，奥氏体晶 核越多。
二、影响奥氏体转变速度的因素
奥氏体的形成是通过形核与长大过程进行的，整个过程受
原子扩散所控制，因此，凡是影响扩散、形核与长大的一
切因素，都会影响奥氏体的形成速度。
1、加热温度和保温时间 P→A转变是扩散相变过程，随加热温度↑，原子扩散系数 ↑，特别是碳在A中的扩散系数↑，加快了A的形核和长大 速度； A中的碳浓度差↑，浓度梯度↑，故原子扩散速度↑； A与P的自由能差↑，相变驱动力△Gv↑，A的形核率和长 大速度急剧↑，因此，转变的孕育期和转变所需时间显著 ↓，加热温度越高，转变孕育期和完成转变的时间越↓。
• 1.定义：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温 和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需 性能的工艺过程
三个基本过程：加热、保温、冷却
2 热处理工艺曲线 四个重要参数： V加热、 T保温、 t保温、V冷却
T
T保温 t保温
V加热
V冷却
t
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。
• 在机床制造中约60-70%的零件 要经过热处理。
第六章 钢的热处理原理
本章目的： 1 阐明钢的热处理的基本原理； 2 揭示钢在热处理过程中工艺－组织－性能的 变化规律； 本章重点： （1）C曲线的实质、分析和应用； （2）过冷奥氏体冷却转变及回火转变的各种组织 的本质、形态和性能特点； （3）马氏体高强度高硬度的本质
§ 6-1 热处理概述
一、热处理的定义与作用
A 形核
2）奥氏体晶核的长大
A与F相邻的边界处的碳浓度为Cγ-α，A 与Fe3C相邻的边界处的碳浓度为Cγ-c 。
Cγ-c > Cγ-α ，A中出现碳的浓度梯度， 引起碳在A中的扩散，逐渐长大。
A A
未溶
Fe3C
在铁素体内，Cα-c＞Cα-γ ，促 进奥氏体长大。
当铁素体全部转变为奥氏体时，可 以认为，奥氏体的长大即完成。
钢是机械工业中应用最广的材料，钢的显微组织复杂， 可以通过热处理予以控制，所以钢的热处理是金属热处 理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都 可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得 不同的使用性能。
二、热处理与相图
原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者 发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的 合金才能进行热处理。纯金属、某些单相合金等不能 用热处理强化。
Fe3C
§ 6.2 钢在加热时的转变
钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体被称 为钢的加热转变或奥氏体化过程。由加热转变所得的 奥氏体组织状态，其中包括奥氏体晶粒的大小、形状、 空间取向、亚结构、成分及其均匀性等，均将直接影 响在随后的冷却过程中所发生的转变及转变所得产物 和性能。因此，弄清钢的加热转变过程，即奥氏体的 形成这一阶段便告结束。
A
未溶碳化物
4）奥氏体成分的均匀化
即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在 原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低，在原渗碳体 区域形成的奥氏体含碳量偏高，还需保温足够时间， 让碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均匀。 A形成过程全部完成
A
•亚共析钢和过共析钢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，只能使原始组织中的珠光体转 变为奥氏体，仍会保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳 体。这种奥氏体化过程被称为 “部分奥氏体化”或“不完 全奥氏体化”。 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，这又被称为是非共析钢的“完全 奥氏体化”。
合金相图
为什么钢能热处理?
A
H
δ
B
J
N T
γ G
α+γ PS
α
Q Fe
铁碳相图
① α→ γ 固态相变 ﹄有相变重结晶
L
② C溶解度显著变化
L+γ
D ﹄可固溶强化
E
C L +Fe3C F 热处理温度区间：
γ +Fe3C
A1 ＜ T ＜ TNJEF
A1
K
热处理第一步
α+Fe3C
→
C%
—加热奥氏体化
6.69
界面两侧两相的碳含量相差很大（0.0218% 和6.69%），因此在界面上碳浓度分布很不 均匀，比较容易满足成分起伏；界面两侧晶 体结构相差较大，原子排列不规则，原子的 活动能力较强，比较容易满足结构起伏；界 面上原子排列不规则，位错等晶体学缺陷密 度较大，处于能量较高的状态，比较容易满 足能量起伏，同时新相晶核形成时，可以使 部分晶体学缺陷消失，使系统的能量进一步 下降，因此在相界面处是奥氏体形核的首选 位置。
一、奥氏体转变温度与铁碳相图的关系
平衡临界点：A1、A3、Acm 加热临界点：A c1、Ac3、Accm 冷却临界点：Ar1、Ar3、Arcm
加热和冷却速度对钢的 临界温度的影响
由于过热和过冷现象的影响，加热时相变温度 偏向高温，冷却时偏向低温，这种现象称为滞 后（热滞和冷滞)。加热或冷却速度越快，则 滞后现象越严重。
二、奥氏体的形成过程
1、共析钢的奥氏体的形成(PA) 共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般 为铁素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织，加热 过程中转变为奥氏体
F(b.c.c.,0.0218)+Fe3C(6.69)------>A (f.c.c., 0.77)
共析钢奥氏体化过程
1）奥氏体晶核的形成
但此时仍有部分渗碳体尚未溶解 残留在奥氏体中，这时奥氏体的平 均碳浓度低于共析成分。
3) 剩余渗碳体溶解
长大与碳的扩散和相界面碳浓度差有关。由于F与A界面的 浓度差 (Cγ-α一Cα-γ)远小于A与Cm界面的浓度差(CFe3C一Cγ-c)， 因此，F→A转变远比Fe3C溶解速度快。F总是首先消失。 随后剩余Fe3C通过扩散，不断溶人A中，使A碳浓度逐渐趋 于共析成分。
• 在汽车、拖拉机制造业中热处 理的零件达70-80%。
模具、滚动轴承100%需经过 热处理。
总之，重要零件都需适当热处 理后才能使用。
与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和 整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织， 或改变工件表面的显微组织或化学成分，赋予或改善工 件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一 般是肉眼所不能看到的。