第四章钢中奥氏体的形成解析

奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，[1]通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。

奥氏体的名称是来自英国的冶金学家罗伯茨·奥斯汀（William Chandler Roberts-Austen）。

奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。

奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。

[2]组成成分编辑奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。

在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。

经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。

铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。

当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni、Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。

[2]晶体结构编辑奥氏体为面心立方结构，碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。

假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子，则碳的最大溶解度应为50%（摩尔分数），相当于质量分数约20%。

实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%（质量分数），这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm，比碳原子的半径0.086nm小。

碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变，溶入越多，畸变越大，晶格将不稳定，因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。

碳原子溶入奥氏体中，使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀，点阵常数随着碳含量的增加而增大。

大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等，在ˠ-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。

替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同，有的可无限溶解，有的溶解度甚微。

少数元素，如硼仅存在于浸提缺陷处，如晶界、位错等。

[3]主要性能编辑奥氏体是最密排的点阵结构，致密度高，故奥氏体的体积质量比钢中铁素体、马氏体等相的体积质量小。

第二章1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。

奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体间隙中心位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。

八面体间隙：4个2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？奥氏体的形成是由四个基本过程所组成：形核、长大、剩余碳化物的溶解和成分均匀化。

按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem 的C浓度高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。

所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。

3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。

钢中添加合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳原子在奥氏体中的扩散系数。

另一方面，多数合金元素在碳化物和基体相中的分布是不均匀的，故合金元素将影响奥氏体的形核与长大、剩余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化的速度。

①通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度。

②通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度。

③对临界点的影响：Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V 等升高A1温度。

④通过对原始组织的影响进而影响奥氏体的形成速度：Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。

在其它条件相同的情况下，合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小100-10000倍。

此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。

4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。

○1在一定的加热速度围，临界点随加热速度增大而升高。

钢的奥氏体化的三个阶段钢是一种重要的金属材料，在工业和建筑领域中广泛应用。

而钢的性能与组织密切相关，其中奥氏体化是一种常见的钢材组织变化过程。

奥氏体化过程可分为三个阶段，下面将详细介绍这三个阶段。

第一阶段：奥氏体的形成奥氏体是钢中的一种组织，具有良好的塑性和韧性。

在钢的冷却过程中，当温度降至800℃以下时，钢中的铁原子开始发生排列变化，逐渐形成奥氏体。

这个过程称为奥氏体的形成。

在这个阶段中，由于钢中的铁原子排列变化，奥氏体开始出现在钢材的晶界和晶内，形成细小的奥氏体晶粒。

同时，钢材中的碳原子也开始从奥氏体中析出，形成铁素体。

这个阶段相当于钢材的退火过程，可以提高钢材的塑性和韧性。

第二阶段：奥氏体的生长在第一阶段中，奥氏体只出现在钢材的晶界和晶内，形成细小的晶粒。

而在第二阶段中，随着时间的推移，奥氏体开始生长并合并，逐渐形成大的奥氏体晶粒。

这个过程称为奥氏体的生长。

在这个阶段中，由于奥氏体晶粒的生长和合并，钢材中的铁原子排列变化得更加有序，奥氏体晶粒也变得更大。

此时，钢材的硬度和强度开始逐渐增加，但塑性和韧性却减少了。

第三阶段：奥氏体的再结晶在第二阶段中，钢材中的奥氏体晶粒越来越大，同时塑性和韧性逐渐减少。

为了提高钢材的塑性和韧性，需要进行再结晶处理。

这个过程称为奥氏体的再结晶。

在这个阶段中，钢材经过加热处理，使奥氏体晶粒重新分散，形成新的细小晶粒。

这个过程称为再结晶，可以提高钢材的塑性和韧性，同时保持一定的硬度和强度。

此时，钢材的组织已经较为稳定，可以进一步进行加工和使用。

奥氏体化过程是钢材中的一种重要组织变化过程。

这个过程可分为三个阶段：奥氏体的形成、奥氏体的生长和奥氏体的再结晶。

通过这个过程，可以改善钢材的组织结构，提高其性能，满足不同领域的需求。

简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于建筑、航空航天、汽车制造等领域。

而钢的奥氏体化过程是钢材在加热和冷却过程中发生的一种相变现象，对钢的性能和组织结构具有重要影响。

奥氏体是一种具有面心立方结构的铁素体相，由于其具有优异的强度和韧性，是钢材中最理想的相之一。

奥氏体的形成需要通过加热钢材到一定温度，使其达到奥氏体化温度，然后进行充分保温，使钢材内部的组织结构发生相变，生成奥氏体。

钢的奥氏体化过程主要分为两个阶段：加热阶段和冷却阶段。

在加热阶段，钢材被加热到奥氏体化温度以上。

奥氏体化温度是指钢中的铁素体相开始转变为奥氏体相的温度，不同种类的钢具有不同的奥氏体化温度。

在加热过程中，钢材的晶粒逐渐长大，晶界开始消失，原来的晶粒边界消失，晶粒内部的原子重新排列形成新的晶粒。

当钢材达到奥氏体化温度时，钢材内部的组织结构由原来的铁素体相向奥氏体相转变。

在冷却阶段，钢材被迅速冷却至室温以下。

冷却速度是影响奥氏体化过程的重要因素。

快速冷却可以使奥氏体相稳定下来，形成细小的奥氏体晶粒。

缓慢冷却则容易使奥氏体相转变为其他相，如贝氏体和马氏体。

冷却过程中，钢材内部的组织结构发生再次相变，由奥氏体相向其他相转变。

冷却速度越快，奥氏体相的含量越高，晶粒尺寸越小，钢材的硬度和强度也就越高。

奥氏体化过程对钢的性能和组织结构具有重要影响。

奥氏体相具有优异的强度和韧性，可以提高钢材的抗拉强度和冲击韧性，同时也可以提高钢材的硬度和耐磨性。

奥氏体相的含量和晶粒尺寸对钢材的性能也有影响，奥氏体相含量越高，晶粒尺寸越小，钢材的硬度和强度也就越高。

钢的奥氏体化过程是钢材在加热和冷却过程中发生的一种相变现象。

通过控制加热温度和冷却速度，可以调控钢材内部的组织结构，从而改变钢材的性能。

奥氏体化过程对钢的性能和组织结构具有重要影响，是钢材制备中不可忽视的一环。

钢材的奥氏体化过程的研究和控制，对于提高钢材的性能和开发新型钢材具有重要意义。

奥氏体形成的四个步骤_奥氏体形成的影响因素奥氏体是钢中最重要的组织之一，它具有良好的强度和硬度，被广泛应用于钢材的制造和加工过程中。

奥氏体形成的过程是复杂的，涉及多个步骤和影响因素。

下面将详细介绍奥氏体形成的四个步骤以及奥氏体形成的影响因素。

1.软化处理（预处理）：首先，将钢材加热到适当的温度范围进行软化处理。

在软化处理过程中，钢材中的残余应力被消除，晶粒被结晶，这为后续形成奥氏体提供了条件。

2.超韧化处理：在软化处理后，将钢材降温至室温以下，并加入适量的合金元素，如铬、钼等。

超韧化处理的目的是增加钢材的韧性和强度，为奥氏体的形成奠定基础。

3.过冷处理：在超韧化处理后，将钢材继续降温至高温区和过冷区之间的过渡区域。

在这个温度范围内，钢材中的亚稳相（如贝氏体、马氏体等）开始分解，形成奥氏体的种子晶粒。

4.贝氏体转变：在过冷处理的基础上，进一步降温至适当的温度，贝氏体开始转变为奥氏体。

贝氏体转变过程比较复杂，包括界面扩散、原子重排、晶格变形等多个步骤。

通过适当的温度和时间控制，可以得到理想的奥氏体组织。

1.合金元素的存在：合金元素对奥氏体形成有着重要的影响。

例如，铬可以提高钢材的耐蚀性和强度，钼可以提高钢材的硬度和耐热性。

合金元素通过改变钢中的相变温度及相变速率等参数，影响奥氏体的形成过程。

2.冷却速度：冷却速度是影响奥氏体形成最主要的因素之一、快速冷却可以促使钢材中的贝氏体转变为奥氏体，而慢速冷却则有利于贝氏体的形成。

冷却速度的选择根据所需的力学性能及材料的用途来确定。

3.退火温度和时间：退火温度和时间也会对奥氏体形成产生影响。

过高的退火温度会导致晶粒长大，影响奥氏体的结晶性能，而过低的退火温度则会使奥氏体的形成受到限制。

退火时间越长，奥氏体的形成越充分。

4.碳含量：碳是钢中最主要的合金元素，对奥氏体形成有着重要的影响。

在钢中，当碳含量超过一个临界值时（通常为0.8%~1.5%），奥氏体就会形成。

简述钢的奥氏体化过程钢是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、制造、交通等领域。

而钢的性能与其组织结构密切相关，其中奥氏体是钢中最重要的组织之一。

本文将简述钢的奥氏体化过程。

一、什么是奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体，具有良好的机械性能和塑性。

在钢中，奥氏体的形态、数量和分布对钢的性能起着决定性的影响。

二、奥氏体的形成钢的奥氏体化过程是指在适当的温度下，铁和碳发生固溶反应，形成奥氏体的过程。

奥氏体的形成与钢中的碳含量、温度等因素密切相关。

1. 碳含量钢中的碳含量越低，奥氏体的形成温度越低。

一般来说，碳含量低于0.8%的钢称为低碳钢，碳含量在0.8%-2.11%之间的钢称为中碳钢，碳含量高于 2.11%的钢称为高碳钢。

在低碳钢中，奥氏体的形成温度较低，而在高碳钢中，奥氏体的形成温度较高。

2. 温度温度是奥氏体形成的另一个重要因素。

在适当的温度下，钢中的碳和铁能够充分反应，形成奥氏体。

一般来说，奥氏体的形成温度在800℃-1000℃之间。

三、奥氏体的相变奥氏体的形成是一个相变过程，主要包括两个阶段：奥氏体的形核和奥氏体的长大。

1. 奥氏体的形核当钢中的温度达到奥氏体的形成温度时，奥氏体的形核开始进行。

形核是指在晶界或晶内形成奥氏体的起始过程。

形核的速度取决于温度和钢中的合金元素含量。

当温度升高或合金元素含量增加时，形核速度加快。

2. 奥氏体的长大奥氏体的长大是指形核后的奥氏体晶粒逐渐长大和增多的过程。

在奥氏体的长大过程中，晶界迁移、晶粒的吞噬和晶粒的再结晶等现象会发生，最终形成具有一定形状和尺寸的奥氏体晶粒。

四、奥氏体的应用奥氏体具有良好的塑性和韧性，因此在钢的制造和加工过程中，通常会通过控制奥氏体的形成来调节钢材的性能。

例如，在焊接过程中，通过控制焊接温度和冷却速度，可以获得不同形态和含量的奥氏体，从而实现钢材的强度和韧性的平衡。

奥氏体还可以通过热处理来改善钢材的性能。

热处理是指将钢材加热到适当的温度，保持一定时间后进行冷却，以改变钢材的组织结构和性能。

工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。

多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。

但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。

而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。

（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。

回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。

合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。

因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。

奥氏体的形成根据相图，加热时首先珠光体转变为奥氏体，然后是先共析相铁素体与渗碳体溶入奥氏体，相变驱动力是奥氏体与珠光体的自由能差。

一、奥氏体形成的热力学条件：奥氏体形成的热力学条件：体系总自由能：△G=－△Gv＋△Gs＋△Ge<0相变驱动力：Gv=△Gγ－△Gp式中：△Gγ为相变驱动力，即奥氏体与珠光体的自由能差，Gγ为奥氏体自由能，Gp为珠光体自由能。

发生转变时：t>A1(727℃)，A1即奥氏体转变临界点。

实际转变温度与临界点A1之差称为过热度，过热度越大，驱动力也越大，转变也越快。

△GV>0，△T<0，γ→P△GV=0，△T>0，P、γ平衡；△GV<0，△T>0，P→γ满足条件。

因此，奥氏体形成的热力学条件是：必须在一定的过热度条件下才能发生。

过热度越大，驱动力也越大，转变也越快。

二、共析钢奥氏体的形成（珠光体类组织转变为奥氏体）：共析钢的原始组织为片状珠光体。

当加热到Ac1以上保温时，将全部转变为奥氏体。

此转变过程由下式表示：珠光体P(F+Fe3C)→奥氏体A；含碳量：0.0218%6.69%0.77%结构：体心立方（复杂斜方）正交晶格面心立方这一过程由Fe的晶格改组和Fe、C原子的扩散，它包括以下四个阶段：1、奥氏体核的形成；2、奥氏体核的长大；3、剩余渗碳体溶解；4、奥氏体成分均匀化。

（一）、奥氏体形核的形成：1、形核位置：（1）、F/Fe3C界面；奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体相界面处通过扩散机制形成；（2）、珠光体团交界处；（3）、先共析铁素体/珠光体团交界处。

2、在上述位置优先在铁素体与渗碳体相界面处形核，这是由于满足三个起伏：（1）、界面上存在浓度结构起伏；相界面处存在碳的浓度起伏；容易满足形成奥氏体所需的碳浓度。

相界面处存在结构起伏；（2）、界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏；此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，容易满足形成奥氏体所需的能量；（3）、有渗碳体溶解后的碳原子补充。

简述对钢进行加热时奥氏体晶核的形成过程加热钢材时，会出现奥氏体晶核的形成过程。

奥氏体晶核的形成是钢材加热过程中的一种重要现象，它直接影响到钢材的性能和结构。

下面将详细描述钢材加热时奥氏体晶核形成的过程。

钢材加热过程中，温度的升高会导致晶粒的生长与晶界的迁移。

当钢材温度达到一定程度时，晶界会出现扩散和迁移，晶界上的原子会重新排列，形成新的晶界结构。

这个过程被称为晶界重构。

晶界重构过程中，晶界附近的原子会发生扩散，相邻的晶粒也会相互吸引。

当温度继续升高，晶界附近的原子会在晶界处形成一个新的晶核。

这个新的晶核就是奥氏体晶核。

奥氏体晶核的形成是一个动态的过程。

随着钢材温度的进一步升高，奥氏体晶核会逐渐增多并扩散到整个钢材中。

同时，原本存在的其他相也会发生相变，逐渐转化为奥氏体。

奥氏体晶核的形成过程与钢材的成分有关。

不同成分的钢材在加热过程中会出现不同的相变行为。

例如，含碳量较高的钢材在加热过程中容易形成大量的奥氏体晶核，而含碳量较低的钢材则相对较少。

此外，其他合金元素的存在也会对奥氏体晶核的形成产生影响。

奥氏体晶核的形成过程还受到加热速率的影响。

加热速率越快，晶界重构和奥氏体晶核的形成速度就越快。

这是因为加热速率的增加会加快晶界附近原子的扩散速度，使晶界重构过程加快。

总结起来，钢材加热过程中奥氏体晶核的形成是一个复杂的动态过程。

它受到钢材成分、加热温度和加热速率等因素的影响。

了解奥氏体晶核的形成过程对于钢材的热处理和性能改善具有重要意义。

通过控制加热条件和合理选择钢材成分，可以有效地控制奥氏体晶核的形成，从而获得理想的钢材性能。

描述共析钢的奥氏体化过程，影响奥氏体晶粒大小的因素
共析钢的奥氏体化过程是指共析钢中的铁碳合金在冷却过程中发生相变，从而形成奥氏体晶粒。

在共析钢的冷却过程中，先是由高温下的奥氏体发生分解，形成初生铁素体和渗碳体。

随着冷却的进行，初生铁素体和渗碳体会发生固溶体转变，形成奥氏体晶粒。

影响奥氏体晶粒大小的因素主要有以下几个：
1. 冷却速度：冷却速度越快，奥氏体晶粒越细小。

快速冷却能够抑制铁素体的生长，从而减小奥氏体晶粒尺寸。

2. 碳含量：碳含量越高，奥氏体晶粒越大。

高碳铁素体在共析钢中会转变为奥氏体，因此，高碳量会使奥氏体晶粒尺寸增大。

3. 合金元素：合金元素的添加可以影响奥氏体晶粒的形成。

一些合金元素，如铌、钒、钛，能够抑制铁素体的生长，使奥氏体晶粒尺寸减小。

4. 热处理工艺：调整共析钢的热处理工艺，如控制加热温度、保温时间等，可以影响奥氏体晶粒的大小。

总的来说，奥氏体晶粒的大小是通过控制冷却速度、碳含量、合金元素和热处理工艺等因素来实现的。

较细小的奥氏体晶粒通常具有更好的力学性能和韧性。

第四单元铁碳合金相图一、名词解释1. 铁素体铁素体是指α-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用符号F(或α)表示。

2.奥氏体奥氏体是指γ-Fe内固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A(或γ)表示。

3.珠光体珠光体是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形状为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相组织。

或珠光体是铁素体(软)和渗碳体(硬)组成的机械混合物。

4.莱氏体莱氏体是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成的奥氏体和碳化物渗碳体所组成的共晶体。

5.渗碳体渗碳体是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙式化合物。

6. 铁碳合金相图合金状态图是表示在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成分的合金，在不同温度下所具有的组织状态的一种图形。

7.低温莱氏体在727℃以下的莱氏体称为低温莱氏体（L′d），或称变态莱氏体。

二、填空题1．分别填出下列铁碳合金组织的符号：奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体Fe3C ；珠光体P ；高温莱氏体Ld ；低温莱氏体L′d 。

2．珠光体是由 F 和Fe3C 组成的机械混合物。

3．莱氏体是由 A 和Fe3C 组成的机械混合物。

4．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11% ，在727℃时碳的质量分数为0.77% 。

5．根据室温组织的不同，钢分为三种，其中亚共析钢，其室温组织为 F 和P ；共析钢，其室温组织为P ；过共析钢，其室温组织为P 和Fe3C II。

6．碳的质量分数为0.77% 的铁碳合金称为共析钢，当加热后冷却到S点( 727℃)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出 F 和Fe3C 的混合物，称为P 。

7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为Ld ，其碳的质量分数为 4.3% 。

8.亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%<ωC<4.3% ，其室温组织为P+ Ld’+ Fe3C II。