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7.2 钢在加热时的转变 奥氏体化过程：把钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。 奥氏体化的作用：钢的热处理多数需要先加热得到奥氏体，然后以不同速度冷却使奥氏体转变为不同的组织，得到钢的不同性能。为了使钢在热处理后获得所需要的组织和性能，首先必须先将钢加热至临界温度以上，获得奥氏体组织。 奥氏体化的意义：加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀性、晶粒大小以及加热后未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物等过剩相的数量、分布状况等都对钢的冷却转变过程及转变产物的组织和性能产生重要的影响。因此，研究钢在加热时奥氏体的形成过程具有重要的意义。 二、奥氏体的形成过程 以共析钢（含0.77%C）为例说明奥氏体的形成过程。若共析钢的原始组织为片状珠光体，当加热至Ac1以上温度保温，将全部转变为奥氏体，珠光体是由含碳量很高的渗碳体(Wc=6.69％,复杂晶格）和含碳量很低的铁素体(Wc=0.02％,体心立方晶格）组成的，要转变为含碳量介于二者之间、具有面心立方晶格的奥氏体，三者的含碳量和晶体结构都相差很大。因此，奥氏体的形成过程包括碳的扩散重新分布和铁素体向奥氏体的晶格重组。 * 金属学与热处理原理 第七章 钢在加热和冷却时的转变  7.2 钢在加热时的转变 一、奥氏体形成的热力学条件 根据Fe-Fe3C相图，温度在A1以下钢的平衡相为铁素体和渗碳体。当温度超过A1时，原来的珠光体将转变为奥氏体，亚共析钢或过共析钢分别加热到A3或Acm温度以上，才能得到均匀的单相奥氏体组织。 ●奥氏体形成时系统总的自由能变化为ΔG： ΔG=ΔGv+ΔGs+ΔGe 式中： ΔGv为新相奥氏体与母相之间的体积自由能差（相变驱动力）； ΔGs为形成奥氏体时所增加的界面能（相变的主要阻力） ； ΔGe为形成奥氏体时所增加的应变能（较小可以忽略）。 图7.4为珠光体、奥氏体的自由能与温度的关系 由图可以看出，当温度等于A1时，珠光体与奥氏体的自由能相等。只有当温度高于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱动力才能够克服界面能和应变能的相变阻力，使奥氏体的自由能低于珠光体的自由能，奥氏体才能自发形成。 T Gv Gp Gr A1=727 ℃ ℃ G ΔG=Gγ－Gp＜0 珠光体向奥氏体的转变包括四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。如图7.5所示。 图7.5 珠光体向奥氏体转变示意图 图7.5-1 珠光体向奥氏体转变过程示意图 珠光体转变成奥氏体后，其成分从不均匀到均匀过程 第一阶段：奥氏体晶核的形成 由Fe-Fe3C状态图知：在A1温度铁素体含约0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。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。这是因为在相界面上碳浓度分布不均匀，位错密度较高、原子排列不规则，处于能量较高的状态，容易获得奥氏体形核所需要的浓度起伏、结构起伏和能量起伏。 第二阶段：奥氏体的长大 奥氏体晶核形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒 。 α + Fe3C γ 晶体结构：体心立方 +复杂斜方 面心立方 含碳量： 0.0218% 6.67% 0.77% 奥氏体长大过程是依靠原子扩散完成的，原子扩散包括(1)Fe原子自扩散完成晶格改组；(2)C原子扩散使奥氏体晶核向α相和Fe3C相两侧推移并长大。 奥氏体的长大 碳的扩散示意图 注：难点，必须会叙述 G E S P C1 C2 C3 C4 T1 图7.5 a C2 C% A Fe3C F C1 C4 C3 珠光体片间距 图7.5 b C1=Cr-c C2=Cr-a C3=Ca-c C4=Ca-r ●奥氏体长大机理（重点和难点） 如图教材7.5所示，在Acl以上的某一温度t1形成一奥氏体晶核。奥氏体晶核形成之后，它的一面与渗碳