江苏大学教师备课笔记

均匀切变方式：大量原子沿某一方向作小于一个原子间距的迁移，并保持各原子间原有相邻关系的不变。——如马氏体相变

台阶长大方式：通过半共格界面上位错运动，使界面作法向迁移，实现晶核长大。

综上，固态相变按晶核生长可分为以下四类

控制因素 界面过程 传质过程

金属 同素异构转变

成分不变 协同型转变 晶核长大快 ——马氏体相变 成分不变 非协同型转变 成分改变 协同型转变

成分改变 非协同型转变

界面过程 ?T小 传质速度快, 相变驱动力小传质过程 ?T大 相变驱动力大, 传质速度小

§1.6 固态相变动力学（转变速度）

固态相变动力学，即转变速度取决于形核率和晶核的长大速度，而固态相变的形核率和晶核长大速度都是转变温度的函数。

因此，固态相变的动力学主要受温度（或过冷度）的影响。

目前尚未有一个精确反映各类固态相变速度与温度之间关系数学表达式。

在实际工作中，采用各种物理方法测出不同温度下从转变开始到转变不同量，以至转变终了时所需的时间，做出温度——时间——转变量曲线，称为等温转变曲线、TTT曲线或IT曲线（Isothermal transforination）

扩散型相变的典型等温转变曲线C曲线 转变开始前需要一段孕育期。

当温度过低，扩散型相变可能波抑制，而转化为无扩散转变。 课后作业：

1． 下列相变哪些是一级相变、二级相变、扩散相变、无扩散相变、有核相变、无核相变：

同素异构转变、伪共析转变、马氏体转变、多形性转变、块状转变、平衡脱溶沉淀、贝氏体转变、共析转变、有序化转变、包析转变、调幅分解、不平衡脱溶沉淀。 2． 什么是平衡相变和不平衡相变，举例？ 3． 固固相变和固液相变的异同？

4． 简述平衡脱溶沉淀和不平衡脱溶沉淀的异同？ 5． 简述固态相变影响形成新相的形状的各个因素？ 6． 分析两相的界面与它们之间的位向的关系？ 7． 简述固态相变晶核长大过程和方式？ 8． 简述惯习面和位向关系及其差别？

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第二章 钢中奥氏体的形成（钢的加热转变）

金属的强韧化是通过热处理（加热、保温和冷却）来获得所需的组织，达到所需的性能。钢的热处理种类很多，除淬炎后的回火，消除应力退火等少数热处理外，均需加热到钢的临界点以上，使钢部分或全部转变为奥氏体，然后再以适当的冷却速度冷却，使奥氏体转变为所需的组织。

加热转变：钢通过加热，使加热前的组织转变为奥氏体的过程。 为什么要了解加热转变：

由加热转变所得到奥氏体的组织状态，包括奥氏体的晶粒大小、形状、空间取向、亚结构、成分及其均匀等均直接影响随后冷却过程中发生的转变及转变所得的产物与性能。因此，了解加热转变，即奥氏体的形成过程是十分重要的。

一般情况下，奥氏体是一种高温组织，并不是常温下使用的最终组织，研究奥氏体的形成，不是为了使用奥氏体，主要是研究奥氏体形成对随后组织的影响。有二个例外，直接利用奥氏体的组织和性能：一是利用高温下奥氏体滑移系多，变形容易，在奥氏体状态下进行压力加工；二是通过加入足够量扩大γ区 Mn Ni Co使奥氏体稳定到低温，即奥氏体钢 lCr18Ni9Ti，作为最终组织，具有高的耐蚀性和耐热性（无相变，M钢、F钢奥氏体相变软化）。

§2.1 奥氏体的结构、组织与性能 一．奥氏体的结构

奥氏体是固溶有碳、合金元素的具有面心立方结构的铁的固溶体，r－Fe。 aus'tenite [' : st natit] 碳，原子半径小，为间隙固溶。 合金元素为置挽固溶。

固溶碳的分布（是一个很重要因素）：

1．碳原子位于γ－Fe 八面体中心。即面心立方点阵晶胞中心或棱边的中点。

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2．碳在γ－Fe最大溶解度2.11%，理论最大固溶度20%（重量），即不是每个八面体中

心都容纳一个碳原子。

这是因为γ－Fe八面体中心空隙半径仅0.52A，小于碳原子的半径0.77A，碳原子的

溶入使八面体发生膨胀，而使周围八面体中心空隙减小，因此不是所有的八面体都能容纳入一个碳原子。

3．碳原子在奥氏体中分布是不均匀的，存在着浓度起伏。

例如，0.85%C奥氏体中可能存在大量比平均浓度高八倍的微区，相当于渗碳体的碳含量。 4．碳原子溶入使γ－Fe点阵发生畸变，点阵参数增大。溶入的碳愈多，点阵参数愈大（通过x－ray测点阵常数，算出含碳量） 二、奥氏体的组织

一般为颗粒状，加热转变刚结束得到细小的颗粒状奥氏体，晶粒边界呈不规则弧状；经高温保温一般时间后，奥氏体晶粒粗化，晶粒边界通过平直化变直，呈等轴多边形；在有的奥氏体晶粒中存在{111}孪晶。

特殊情况奥氏体呈针状，非平衡态含碳较低的钢以适当进度加热到α+γ区可得到针状奥氏体。

三、奥氏体的性能

1．较低的硬度和屈服极限（碳的溶入也不能有效地提高硬度和强度） 2．塑性好（滑移系多）

以上两点适用于在A下进行压力加工。 3．比容小（最密排点阵结构） 奥氏体比容是各种组织中最小的： 0.8%C钢（m/kg） 1.2399?103

A?4?? 1.2708?10F?4?4 1.2915?10

M4．热强性好（Fe原子自扩散激活能大，扩散系数小）→可作高温用钢。 5．导热性差，除Fe3C外，钢的各种组织中奥氏体导热性最差 碳钢中 77.1 51.9 29.3 14.6 4.2 （W/m2k） 利用奥氏体线膨胀系数大制作热敏元件

7．顺磁性 F，M为铁磁性，可采用磁性法研究相变。 §2.2 奥氏体的形成

这里讨论由平衡组织向奥氏体的转变。

平衡态组织指通过缓慢冷却获得的P，以及先共析F+P或先共析Fe3C+ P。加热时，首先P→A，然后才是先共析F或Fe3C→A。

由珠光体向奥氏体转变的驱动力是自由焓差，转变是通过扩散进行的，转变过程分为四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。

一、奥氏体形成的热力学条件

如图P，A自由焓均随温度升高而降低，但斜率不同，相变于A1点（727℃），由相图当T>727℃，ΔGA<ΔGP P→A，驱动力为珠光体与奥氏体的自由焓差ΔGV。可见，P→A转变

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FpMAFe3C江苏大学教师备课笔记

条件是将D加热区临界点A1以上。而且转变温度与临界点A1之差称为过热度。过热度ΔT愈大驱动力愈大，转变速度愈快。

相变的滞后：平衡条件下，当加热速度极慢，有充分时间转变，只要ΔT>0，转变即可进行。但实际上热处理加热，加热或冷却速度较快，相变是在不平衡条件下进行，使相变在偏离相图上的临界温度，才能发生转变的现象叫相变滞后；加热时偏向高温，冷却时偏向低温。

习惯上，将一定加热速度或冷却速度（0.125℃/min）下实际测得的临界点：

二、奥氏体的形核

从结构、成分、能量三方面考虑，确定形核位置。 1．结构：

α体心立方 γ面心立方 Fe3C复杂的正交点阵 从结构的相似性 γ形成应通过F上形核，并改组，即 α体心立方→γ面正立方但目前机制不清楚 2．成分：

铁素体F碳含量极低0.02% 渗碳体 碳含量极高6.67%

奥氏体碳含量介于两者之间，略高于A1时，0.77%，随转变温度升高，奥氏体溶碳范围扩大，使奥氏体晶粒更宜形成。

奥氏体核只能在F和Fe3C 交界面上，通过碳原子扩散，造成铁素体碳浓度起伏，使局部地区铁素体碳含量达到奥氏体形成所需碳含量。奥氏体核形成后可以依靠渗碳体的溶解所提供碳原子，保证奥氏体的不断长大。

3．能量：

界面可能提供形核所需的额外能量，奥氏体核最易在F和Fe3C交界处形成。 通过以上分析和实验观察，得到如下结论：

(1) 对于片状P：奥氏体优先在珠光体团界面上形核；同时也可在α/Fe3C层界面上形核。 (2) 对于粒状P：奥氏体优先在与晶界相连α/Fe3C界面上形核，而在晶内α/Fe3C界面上形核是次要的。

三、奥氏体核的长大

奥氏体核的长大是通过渗碳体的溶解、碳原子在奥氏体中扩散，以及奥氏体两侧界面向铁素体及渗碳体的推移来进行的。

奥氏体内碳的分布不均匀，与铁素体交界处C?于C???FesC较小?T(过热度)点阵通过Fe原子扩散改组较大?T 无扩散切变

???，而与渗碳体交界处碳为C???FesC，由

>C????，故在奥氏体内碳原子将向铁素体一侧扩散，扩散的结果破坏了界面碳的平

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