2第二章奥氏体及其形成n解析.ppt

第2章 奥氏体及其形成 引言 钢被加热到奥氏体相区，得到奥氏体组织。 奥氏体状态，包括奥氏体晶粒大小，亚结构，成分，均匀性以及是否存在其他相、夹杂物等，对于在随后冷却过程中得到的组织和性能有直接的影响。 熟悉钢中的奥氏体的形成机理，掌握获得奥氏体状态的方法，具有重要的实际意义和理论价值。 2.1 奥氏体的组织结构和性能 旧定义：碳溶入γ－Fe中的固溶体。 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。其中C、N等元素存在于奥氏体的间隙位置。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。 奥氏体是多种化学元素构成的一个整合系统。 2.1.1.奥氏体组织形貌 2.1.2 奥氏体的晶体结构 碳原子的间隙固溶 在1147℃时，碳在奥氏体中的最大溶解度仅为2.11％（质量百分数） γ－Fe的八面体中心的间隙半径为0.052nm 碳原子的半径0.086nm。 碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变，溶入愈多，畸变愈大，晶格将不稳定，因此不是所有的八面体中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。 如果间隙位置都被碳原子占据，质量分数和摩尔分数分别为多少？2.11%时，多少个晶胞里有一个碳？ 碳原子的间隙固溶 如果间隙位置都被碳原子占据，则一个晶胞中含有4个铁原子和4个碳原子，则原子分数为50%,折合17.6wt％C 实际上原子分数为8.7at％C，即25个γ－Fe晶胞中有9个碳原子。 奥氏体晶格参数与含碳量的关系 2.1.3 奥氏体中的亚结构 任何一个奥氏体晶粒，均非完整的晶格，总是存在晶体缺陷，如空位、位错、层错、亚晶和孪晶等。这些缺陷具有缺陷能或畸变能。在珠光体转变为奥氏体的过程中，会形成相变孪晶。众所周知，在外力作用下以孪生方式可以形成形变孪晶。在高温加热奥氏体化时，没有外加应力，形成的奥氏体中存在孪晶,此属相变孪晶或退火孪晶；这些孪晶的形成机理尚不清楚，研究报道甚少。 退火孪晶的形貌特征是： （1）孪晶有平直的界面，即有一条平直的孪晶线； （2）孪晶可横贯奥氏体晶粒，也可终止于晶粒内，有时呈现台阶状。 2.1.4 奥氏体成分的不均匀性 在奥氏体中，一部分碳原子固溶在fcc的晶格间隙中，一部分偏聚的晶界、位错等晶体缺陷处。 碳含量分布实际上是不均匀的。 0.2％C的奥氏体中的间隙碳原子分布 奥氏体中的碳和合金元素分布是不均匀的，均匀是相对的，不均匀是绝对的。材料的成分均质化是指宏观上的相对均匀。不同淬火温度和不同加热速度情况下，奥氏体中碳含量不均匀的图解。可见加热到1200～1300℃时，该钢的原珠光体区域和原铁素体区域的碳含量仍然存在很大差别，碳含量仍然不均匀分布。 Wt%与at%的换算： A元素的at％＝ ?100% B元素的at％＝ ?100% A、B为原子量；a，b分别为A、B两元素的wt％ 2.1.5奥氏体的性能 (1)奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥氏体的比容最小(与F、M比较)。因此，钢被加热到奥氏体相区时，体积收缩，冷却时，奥氏体转变为铁素体－珠光体等组织时，体积膨胀，容易引起内应力。 (2)奥氏体的点阵滑移系多，故奥氏体的塑性好，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℃以上奥氏体化，然后进行锻轧，塑性加工成材。 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－Ni软磁合金，也是奥氏体组织，但具有铁磁性。 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。 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，以减少温差应力，避免开裂。 2.2 奥氏体形成机理 奥氏体形成是扩散性相变，转变的全过程可以分为四个阶段: (1)奥氏体形核； (2)奥氏体晶核长大； (3)剩余渗碳体、碳化物的溶解； (4)奥氏体成分相对均匀化。 珠光体转变为奥氏体，是扩散型相变，是形核－长大的过程。 2.2.1奥氏体形成的热力学条件 1) 相变驱动力 2)加热时的临界点 实际生产中加热速度一般较快，转变发生滞后现象，即转变开始点随着加热速度的加快而升高。习惯上将在一定加热速度下（0.125℃/min）实际测定的临界点用Ac1表示， 临界点A3和Acm也附加脚标c,即：Ac3、Accm。 3)冷却时的临界点 冷却时的临界点与冷却速度有关。冷却时的临界点以Ar1 表示。 临界点A3和Acm也附加脚标r，表示为Ar3、 Arcm。 2.2.2奥氏体晶核的形成 1) 形核地点 一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面