江苏大学教师备课笔记

衡，为了恢复平衡，低碳F将转变为A而使碳含量降为C????，高碳

Fe3C

也将溶入奥氏体，

而使碳增加为

C???FesC，亦即，奥氏体分别向铁素体与渗碳体推移，不断长大。

可见，奥氏体晶核长大过程受碳在奥氏体中的扩散所控制。 四、渗碳体的溶解

在P→A转变过程中，P中F全部消失时，渗碳体还未完全溶解，即铁素体消失时，奥氏体的平均含量低于共析成分。转变温度愈高，低的愈多，随着时间延长，与渗碳体接壤处奥氏体中碳继续向奥氏体内部扩散，未溶渗碳体则不断溶入奥氏体，直至渗碳体完全溶解为止。

该现象产生的原因：

五、奥氏体的均匀化

渗碳体溶解终了后，奥氏体的成分仍不均匀，原渗碳体位置的碳含量高，原铁素体部位的碳含量低，在奥氏体区内继续保温，将通过碳在奥氏体中的扩散，而使奥氏体中碳的分布均匀化。

P→A等温转变过程示意图

奥氏体均匀化的重要性：

奥氏体中碳的均匀化对后续热处理组织有重要的影响。举例：中碳钢中，未均匀化有许多高碳微区，淬火后获高碳孪晶马氏体，经均匀化后，消除了高碳微区，淬火后获得低碳位错马氏体，使钢的强韧性得到提高。由于奥氏体均匀化，是碳在奥氏体中的扩散过程，奥氏体化温度愈高，均匀化快。因此中碳钢淬火加热温度倾向高温淬火工艺。举例0.4%C中碳钢，奥氏体中，1.7%C高碳区，0.2%低碳区

§2.3 奥氏体等温形成动力学

主要讨论奥氏体形成速度问题，即在一定温度下转变量和时间的关系。奥氏体的形成速度取决于形核率和长大速度，它们受钢的成分、原始组织、温度等条件的影响。

一、共析碳钢奥氏体等温形成动力学 (一) 等温形成动力学图 1．测定方法

有金相法、物理分析方法（膨胀法、磁性法、热分析法等）。

金相法：原1～2mm试样，盐浴加热到一系列指定温度，保温不同时间，取出后淬火，制备金相试样，室温观察，以马氏体量代表奥氏体的转变量。

2．等温形成动力学曲线（T－t－转变量关系）特点 (1) P→A需要一段孕育期；扩散相变特点 (2) 转变量50%时转变速度最大；

(3) 随等温温度升高，曲线左移，孕育期减少

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3．等温形成动力学图：（T-t-转变量）

把等温转变开始和终了时间放在同一图上，获得等温形成动力学图。

(二) 奥氏体的形核与长大 1．奥氏体形核率

按均匀形核，形核率与温度之间的关系为： I=C'exp (－Q/RT)2exp (－ΔG*/RT)

第一项C'-常数，与奥氏体含碳量有关。温度升高，奥氏体所需最低碳含量沿GS线降低，使形核所需碳浓度起伏减少，金属形核C'↑；

第二项原子扩散能力，温度升高，Q不变，exp (－?/RT) ↑原子活动能力越强，克服位垒进行扩散的原子数越多，促进形核；

第三项，自由焓差的影响，T↑ ΔT↑ ΔGV↑ ΔG*（形核功）↓促进形核。 可见：奥氏体形核率随形成温度的升高，急剧增加。 举例：T从740℃↑ 800℃ 形核率提高270倍

2280/mm3·s 61600/mm3·s

2．奥氏体线长大速度

奥氏体的线长大速度=界面向F推进速度+界面向Fe3C推进速度

碳在奥氏体中扩散系数,T? D???碳在奥氏体传输速度?推进速度????主要取决于浓度梯度奥氏体厚度-Fe3?CC??C?????

其次取决于F

A点阵改组速度（Fe自扩散速度），Fe3C的溶解快。

忽略Fe3C中碳的浓度梯度：

?Dc?r????Kdc1dc2?Dcrdx1dx2 （正比于运进界面处的碳量，反比于a转变r吃掉碳量）

r??Crr???C?Dcrdc2dx2 r???C?

（由于碳在F中浓度梯度

??KCrr??dc1?0） dx1?r?Fescdc2dx2 ??K6.67?Crr?FescDcr上式适用于片状P。

可见，随着温度T↑ (1) Dcr呈指数增加

(2) Crr?Fesc?Crr??↑ 使

dc↑ dx2 14 2

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(3) 界面两侧碳浓度差

r??Crr???C?6.67?Cr?Fe3cr降低

均使奥氏体形成速度增加。

由此可见：随温度升高，I、V急剧增加。因此，奥氏体形成速度随温度升高而加快。 当奥氏体与渗碳体被铁素体隔离时，奥氏体的长大速度将受碳在铁素体中的扩散所控制，奥氏体向铁素体的推移速度：

?Dc??r????K?Crr??rcdcdx r???C??r?dc??dc?虽然Dc?D 但 ??????，故?r??极小。

?dx??dx?(三) 影响珠光体转变为奥氏体的因素 除受温度的影响外： 1．原始组织 （1）

奥氏体的形成速度在片状P中快于粒状P。

（这是因为片状P→A受碳在奥氏体中的扩散所控制，而颗粒P则多碳在F中扩散控制）。

（2）

片层愈薄，形成速度愈快。

（奥氏体中碳浓度梯度愈大，需要扩散距离愈短）。

2．合金元素

合金元素不改变奥氏体形成机制，但改变临界点、碳在奥氏体中扩散速度及形成不同稳定程度的碳化物：

(1) Ni、Mn等元素降低临界点，增加过热度，使奥氏体形成速度加快。

(2) Cr、Mo、W碳化物形成元素（固溶时）降低碳在奥氏体中扩散系数，使v↓;

Co、Ni提高D、使V↑;Si、A1影响不大。

(3) 碳化物稳定性决定了溶解的难易程度，碳化物愈稳定，愈不易溶解，V↓。 (4) 碳增加，碳化物数量增多，F与Fe3C界面多，形核率提高，扩散距离短，V↑。 二、亚共析钢奥氏体等温形成动力学

亚共析钢及过共析钢的平衡组织中均有先共析相存在。当亚（过）共析钢中共析组织转变为奥氏体后，还存在先共析相进一步转变为奥氏体的问题，过共析钢中先共析渗碳体进一步溶解，与共析钢转变第三阶段没有区别，可看作是第三阶段的延续，这里只讨论亚共析钢奥氏体的等温形成。

亚共析钢退火组织在两相区的等温转变为三个阶段：

1．奥氏体核在铁素体和P交界面形成后，快速长进P，直至全部转变为奥氏体。（受碳在A中扩散控制，层片间扩散距离短，转变速度极快。）

2．奥氏体向先共析铁素体的慢速长进。（不再形核，也受碳在A中扩散控制，但属长距离扩散，故形成速度慢。）

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3．奥氏体与铁素体之间达到最后平衡。（随奥氏体中碳不断向边界扩散，奥氏体不断长进铁素体，直至达到碳的平衡浓度）

影响亚共析钢加热转变的因素： 除温度还与碳含量和合金含量有关：

1．碳含量 碳含量越高，奥氏体形成速度愈快。（C↑先共析F↓，第一阶段增加，第二阶段减少V↑；粒P，C↑分布于F为体上碳化物颗粒愈多，C在F中扩散距离越短，V↑）

2．合金元素，影响第二阶段转变，奥氏体长大受合金与扩散的控制，故使V↓。 第二阶段：有F+A共存，将发生合金元素的重新分配。

§2.4 连续加热时奥氏体形成

连续加热对奥氏体形成的影响：

实际生产中，奥氏体形成多在连续加热中，而不是等温过程；即奥氏体形成过程中，温度将不断升高：

(1) 使临界点提高，转变速度加快，转变时间缩短。

(2) 使转变推向高温，使奥氏体体转变第一、二阶段（即形核长大加快），三、四阶段碳化物溶解和均匀化减慢。

(3) 晶粒细化，不均匀性增加。

§2.5 非平衡组织加热时奥氏体的形成

不讲（自学）

§2.6 奥氏体晶粒长大及其控制

实际生产中，钢件奥氏体化的目的是获得成分均匀，晶粒细化的奥氏体。奥氏体晶粒的大小将影响冷却过程中发生的转变及转变所得的组织和性能。因此，了解奥氏体晶粒在形成后的长大过程及影响因素是十分必要的。

一、晶粒度及奥氏体晶粒长大 (一) 晶粒度

n=2N1 (ASTM－American Society for Testing & Materials)

－

N：晶粒度级别

n：放大100倍时，每645mm2（1in2）面积内晶粒数。 n越大 N越高 晶粒愈细化

可见，n的测定比较费时，目前已逐渐采用测定晶粒平均截距来确定晶粒度级别。 N=2log2(L0/L) (L0 N=0 晶粒平均截距)

一般N<4 （88μm）为粗晶粒；5-8级为细晶粒，>8级(22μm)为超细晶粒 首先要区分三种晶粒度的概念：

1．起始晶粒度: 临界温度以上，奥氏体刚刚完成，晶粒边界刚互相接触时的晶粒大小。 2．实际晶粒度：某一热处理加热条件下得到晶粒尺寸。——通常所指晶粒度。 3．本质晶粒度：采用标准试验方法，930±10℃保温足够时间（3－8小时）所测得钢的晶粒大小——近年已用较少

※ 用于体现钢材，晶粒长大倾向，淬火温度宽窄程度。

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