奥氏体的形成.ppt

第二章第二章  奥氏体的形成奥氏体的形成   热处理：热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理的为简明表示热处理的基本工艺过程，通常基本工艺过程，通常用温度用温度——时间坐标绘时间坐标绘出热处理工艺曲线出热处理工艺曲线 2.1 奥氏体及其形成机理奥氏体及其形成机理2.1.1  奥氏体奥氏体的结构及其存在范围的结构及其存在范围图图2-1 奥氏体的单胞奥氏体的单胞n 奥奥氏氏体体是是碳碳溶溶于于γ-Fe 中中的的间间隙固溶体隙固溶体n 碳碳原原子子位位于于八八面面体体间间隙隙中中心心，，即即FCC晶胞的中心或棱晶胞的中心或棱边边的中点的中点n 八面体八面体间间隙半径隙半径 0.52 Ǻ  碳原子半径碳原子半径 0.77 Ǻ →点点阵阵畸畸变变图图2-2   Fe-C 相图相图n 奥奥 氏氏 体体 相相 区区 ：：  NJESGN包围的区域包围的区域    GS线线 ---- A3线线    ES线线 ---- Acm线线    PSK线线 ---- A1线线n 碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的最最大大溶溶 解解 度度 为为 2.11wt% (10at%)n 碳碳原原子子的的溶溶入入使使 γ-Fe的的点点阵阵畸畸变变，，点点阵阵常常数数随碳含量的增加而增大随碳含量的增加而增大2.1.2  奥氏体的性能奥氏体的性能n 奥奥氏氏体体的的比比容容最最小小，，线线膨膨胀胀系系数数最最大大，，且且为为顺顺磁磁性性（（无无磁磁性性））。

利利用用这这一一特特性性可可以以定定量量分分析析奥奥氏氏体体含含量量，，测测定定相相变变开开始始点点，，制制作作要要求求热热膨膨胀胀灵灵敏的仪表元件敏的仪表元件n 奥奥氏氏体体的的导导热热系系数数较较小小，，仅仅比比渗渗碳碳体体大大为为避避免工件的变形，不宜采用过大的加热速度免工件的变形，不宜采用过大的加热速度n 奥奥氏氏体体塑塑性性很很好好，，σS 较较低低，，易易于于塑塑性性变变形形故故工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行工件的加工常常加热到奥氏体单相区进行2.1.3 奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件图图2-3  自由能和温度关系图自由能和温度关系图∆G = V ∆Gv + S σ+ εV - ∆Gd                   (2-1)  - ∆Gd ---- 在在晶体缺陷晶体缺陷处形核处形核引起的自由能降低引起的自由能降低n 相相变变必必须须在在一一定定的的过过热热度度∆T下下，，使使得得∆GV <0，，才才能能得得到到∆G<0所所以以相相变变必必须须在在高高于于 A1 的的某某一一温温度度下下才才能能发发生生，，奥奥氏氏体体才才能能开开始形核图图2-4 以以0.125℃/℃/min加热和冷却时，加热和冷却时，Fe-C相图中临界点的移动相图中临界点的移动  n 加热时临界点加热时临界点加注加注c ：：  Ac1 Ac3 Accmn 冷却时临界点冷却时临界点加注加注r ：： Ar1 Ar3 Arcm2.1.4  奥氏体的形成机理奥氏体的形成机理n 奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变奥氏体的形成为形核长大、扩散型相变n 奥氏体的形成过程可分成四个阶段：奥氏体的形成过程可分成四个阶段：（（1）奥氏体的形核）奥氏体的形核（（2）奥氏体的长大）奥氏体的长大（（3）渗碳体的溶解）渗碳体的溶解（（4）奥氏体的均匀化）奥氏体的均匀化图图2-5  奥氏体形成的四个阶段奥氏体形成的四个阶段（（1））       （（2））       （（3））        （（4））（（1）奥氏体的形核）奥氏体的形核n  形核的成分、结构条件形核的成分、结构条件在在A1温度（温度（727℃℃）：）：                  α + Fe3C γ C%        0.0218          6.69               0.77结结构构         BCC        复复杂杂斜方斜方           FCCn 形核位置形核位置鉴鉴于于相相变变对对成成分分、、结结构构以以及及能能量量的的要要求求，，晶晶核核将将在在α/Fe3C相界面上优先形成，这是由于：相界面上优先形成，这是由于：①①相界面形核，可以消除部分晶体缺陷而使体系的相界面形核，可以消除部分晶体缺陷而使体系的   自由能降低，有利于相变对自由能降低，有利于相变对能量能量的要求。

的要求②②相界面两边的碳浓度差大，较易获得与新相奥氏相界面两边的碳浓度差大，较易获得与新相奥氏   体相适配的碳体相适配的碳浓度浓度，况且碳原子沿界面扩散较晶，况且碳原子沿界面扩散较晶   内为快，从而加速了奥氏体的形核内为快，从而加速了奥氏体的形核③③相界面处，原子排列较不规则，易于产生相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起结构起    伏伏，从而由，从而由BCC改组成改组成FCC α/Fe3C相界面上相界面上优先优先（（2）奥氏体的长大）奥氏体的长大图图2-6  相界面上的碳浓度及扩散相界面上的碳浓度及扩散∆Cr↔k∆Cr↔αdCdx奥氏体形成瞬间成分不均匀的几个奥氏体形成瞬间成分不均匀的几个C％％•Cγ：奥氏体的碳浓度，：奥氏体的碳浓度，0.77%；；• C γ -α：奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量（：奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量（GS线）；线）；• C γ -Fe3C：奥氏体中靠近渗碳体一侧含碳量（：奥氏体中靠近渗碳体一侧含碳量（ES线）；线）；• C α - γ ：铁素体中靠近奥氏体一侧含碳量（：铁素体中靠近奥氏体一侧含碳量（GP线）；线）；• C α -Fe3C：铁素体中靠近渗碳体一侧含碳量（：铁素体中靠近渗碳体一侧含碳量（QP的延长线）的延长线）• Fe3C：渗碳体的碳浓度，：渗碳体的碳浓度，6.69%图图2-7  相界面上的碳浓度及扩散相界面上的碳浓度及扩散C%dCdx①① 奥氏体在奥氏体在α/Fe3C相界面上形核后，将相界面上形核后，将产生三相平衡，生三相平衡， 产生生 γ/Fe3C 和和 r/α两个相界面。

两个相界面②② Cr-k  >  Cr-α ，，浓浓度差度差 dC = Cr-k  -  Cr-α         将在奥氏体内将在奥氏体内产产生生扩扩散散     Cr-α↑ → Cr-α’         ；；         Cr-k ↓→ Cr-k’               相界面上的平衡相界面上的平衡浓浓度被度被打破打破③③ 为为了了恢复恢复并并维维持相界面上的平衡持相界面上的平衡浓浓度度   α点点阵阵重构重构→γ，向，向α方向方向长长大，大，Cr-α’↓ → Cr-α   Fe3C向向γ中溶解，向中溶解，向Fe3C方向方向长长大，大， Cr-k’↑→ Cr-k n 奥氏体晶核的长大速度奥氏体晶核的长大速度n 由由式式（（2-2））可可知知，，奥奥氏氏体体晶晶核核的的长长大大速速度度与与碳碳在在奥奥氏氏体体中中的的浓浓度度梯梯度度成成正正比比，，而而与与相相界面上的界面上的碳浓度差成反比碳浓度差成反比n 由由于于 γ/Fe3C相相界界面面的的碳碳浓浓度度差差 ∆Cγ↔k 较较大大，，Fe3C本本身身复复杂杂的的晶晶体体结结构构，，使使得得奥奥氏氏体体向向渗渗碳碳体体方方向向的的长长大大速速度度远远比比向向铁铁素素体体方方向向为为小小，，所所以以铁铁素素体体向向奥奥氏氏体体的的转转变变比比渗渗碳碳体体的的溶溶解解要快得多，要快得多，铁铁素体先消失，而渗碳体有剩余。

素体先消失，而渗碳体有剩余根据公式（2－2）GF/GFe3C = ∆C γ-Fe3C / ∆Cγ-α在780 ℃℃时，时， ∆C γ-Fe3C ＝6.69－0.89    ∆Cγ-α ＝0.41－0.02∴ GF/GFe3C ≈ 14.8但通常片状P的厚度是Fe3C的的7倍，倍，因此总是：铁素体先消失，而渗碳体有剩余铁素体先消失，而渗碳体有剩余（（3）剩余渗碳体的溶解）剩余渗碳体的溶解n  剩剩余余渗渗碳碳体体借借助助于于Fe、、C原原子子的的扩扩散散进进一步溶解一步溶解4）奥氏体成分的均匀化）奥氏体成分的均匀化n  原原渗渗碳碳体体部部位位的的碳碳浓浓度度高高，，原原铁铁素素体体部部位的碳浓度低位的碳浓度低n  通通过过Fe、、C原原子子在在新新形形成成奥奥氏氏体体中中的的扩扩散，实现奥氏体成分的均匀化散，实现奥氏体成分的均匀化2.2  奥氏体形成的动力学奥氏体形成的动力学2.2.1 形核率形核率n  为为了了满满足足形形核核的的热热力力学学条条件件，，需需依依靠靠能能量量起起伏伏，，补补偿偿临临界界晶晶核核形形核核功功，，所所以以形形核核率率应应与与获获得能量涨落的得能量涨落的几率因子几率因子 exp(-∆G*/kT) 成正比。

成正比n 为为了了达达到到奥奥氏氏体体晶晶核核对对成成分分的的要要求求，，需需要要原原子子越越过过能能垒垒，，经经扩扩散散富富集集到到形形核核区区，，所所以以应应与与原子扩散的原子扩散的几率因子几率因子 exp(-Q/kT) 成正比 N = C’ exp(-∆G*/kT)exp(-Q/kT)                     (2-3)式中式中:    C’ ---- 常数常数            ∆G* ---- 临临界形核功界形核功             Q   ---- 扩扩散激活能散激活能             k   ----  玻玻尔尔兹兹曼常数，曼常数，= 1.38X10-23  J/K             T  ----  绝对绝对温度温度             N ---- 形核率，形核率，单单位位 1/(mm3 • s)n  与与结结晶不同的是，晶不同的是，P→A的相的相变变，是在，是在升高温度升高温度下下进进行的相行的相变变n  温度升高温度升高时时，， ∆G*  ↓，，Q ↓，，从而形核率从而形核率 N 增大2.2.2  奥氏体线长大速度奥氏体线长大速度n 碳在奥氏体中的扩散系数碳在奥氏体中的扩散系数 D=D0exp(-Q/RT)                          阿累尼乌斯方程阿累尼乌斯方程(Arrhenius)G ---- 长大线速度，单位长大线速度，单位 mm/sn  温度升高时，温度升高时，D ↑,  dC  ↑,  ∆Cγ↔α ↓, ∆Cγ↔k  ↓                        从而线长大速度从而线长大速度G增大。

增大2.2.3  奥氏体奥氏体等温等温形成动力学曲线形成动力学曲线n  设新形成的奥氏体为球状，则由约翰逊设新形成的奥氏体为球状，则由约翰逊-迈尔方迈尔方程（程（Johnson-Mehl方程方程)：：Vt ----  新形成奥氏体的体积分数新形成奥氏体的体积分数n  转变量达转变量达50%左右时，转变速度最大左右时，转变速度最大n  转变温度越高，奥氏体形成的孕育期越短转变温度越高，奥氏体形成的孕育期越短n  转变温度越高，完成转变所需的时间越短转变温度越高，完成转变所需的时间越短图图2-8 奥氏体奥氏体等温等温形形成动力学曲线成动力学曲线 n  形形成成温温度度升升高高，，N的的增增长长速速率率高高于于G的的增增长长速速率率，，N/G增增大大，，可可获获得细小的得细小的起始晶粒度起始晶粒度n 形形 成成 温温 度度 升升 高高 ，，Gγ→α/Gγ→k 增增大大，，铁铁素素体体消消失失时时，，剩剩余余渗渗碳碳体体量量增增大大，，形形成成奥奥氏氏体体的的平均碳含量降低平均碳含量降低影响奥氏体影响奥氏体等温等温形成速度的因素：形成速度的因素：1.加热温度的影响加热温度的影响（（1）加热温度升高，）加热温度升高，∆T增大，形核速度增大，形核速度I和和长长大速度大速度G均增加；均增加；（（2））加热温度升高，奥氏体形成的孕育期变短，相变时间变短加热温度升高，奥氏体形成的孕育期变短，相变时间变短（（3）加热温度升高，奥氏体界面浓度差）加热温度升高，奥氏体界面浓度差∆C减小，向减小，向F体和体和Fe3C的的长长大速度均增加；大速度均增加；（（4））加热温度升高，奥氏体加热温度升高，奥氏体向向F体一体一侧侧比向比向Fe3C一一侧侧的推移速的推移速度快，度快，F体瞬体瞬间间消失，残余消失，残余Fe3C增加；增加；（（5）加热温度升高）加热温度升高形核速度形核速度I比快比快长长大速度大速度G增加的速度快，奥增加的速度快，奥氏体晶粒氏体晶粒细细化（提高化（提高强强韧韧性）性）2.原始组织的影响原始组织的影响（（1）原始组织越细，碳化物越分散，）原始组织越细，碳化物越分散，P体片层间距越小，相体片层间距越小，相界面越多，形核率越大，同时，浓度梯度界面越多，形核率越大，同时，浓度梯度dc/dx增加，长增加，长大速度大速度G均增加；均增加；（（2）片状）片状P体相界面大而薄，易于溶解，因此原始组织为片体相界面大而薄，易于溶解，因此原始组织为片状状P体比粒状体比粒状P体形成速度快。

体形成速度快3.化学成分的影响化学成分的影响（（1）随）随C%增加，碳化物数量增加，增加，碳化物数量增加，F/ Fe3C相界面增加，相界面增加，奥氏体的形成速度加快；奥氏体的形成速度加快；（（2）合金元素不影响奥氏体的形成机制，但影响其形成速）合金元素不影响奥氏体的形成机制，但影响其形成速度主要体现在以下几方面：度主要体现在以下几方面： （（ⅰⅰ））影响影响C在奥氏体中的扩散速度在奥氏体中的扩散速度碳化物形成元素（碳化物形成元素（Cr、、Mo、、W、、V等）大大减小等）大大减小C的扩散速度，故显著减小奥氏体的形成速度；非碳的扩散速度，故显著减小奥氏体的形成速度；非碳化物形成元素（化物形成元素（Co、、Ni）能增加）能增加C的扩散速度，故加速了奥氏体的形的扩散速度，故加速了奥氏体的形成速度；非碳化物形成元素（成速度；非碳化物形成元素（Si、、Al、、Mn等）对等）对C的扩散速度影响不的扩散速度影响不大，故对奥氏体的形成速度无显著影响大，故对奥氏体的形成速度无显著影响ⅱⅱ））合金元素改变了钢的临界温度合金元素改变了钢的临界温度，故改变了过热度：，故改变了过热度：Ni、、Mn、、Cu等可使等可使A1点降低，使点降低，使∆T增大，因而相增大，因而相变驱动变驱动力增加，形成速度增加；力增加，形成速度增加；Cr、、Mo 、、 Ti、、W等使等使A1点升高，使点升高，使∆T降低，减小奥氏体的形成速降低，减小奥氏体的形成速度度.（（ⅲⅲ）合金元素在）合金元素在P体中分布不均匀体中分布不均匀，碳化物形成元素主要在，碳化物形成元素主要在Fe3C中，中，非碳化物形成元素主要存在于共析铁素体中，在碳化物溶解后，除了非碳化物形成元素主要存在于共析铁素体中，在碳化物溶解后，除了奥氏体中奥氏体中C的均匀化外，还包括合金元素的均匀化，因此的均匀化外，还包括合金元素的均匀化，因此合金钢的奥合金钢的奥氏体化时间更长。

氏体化时间更长2.2.4  连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成特点特点图图2-9  珠光体向奥氏体转变动力学曲线珠光体向奥氏体转变动力学曲线n 奥氏体形成是在一个温度范围内完成的奥氏体形成是在一个温度范围内完成的n 随随加加热热速速度度增增大大，，转转变变趋趋向向高高温温，，且且转转变变温温度度范围扩大，而转变速度则增大范围扩大，而转变速度则增大n  随随加加热热速速度度增增大大，，C，，Fe原原子子来来不不及及扩扩散散，，所所形成的奥氏体成分不均匀性增大形成的奥氏体成分不均匀性增大n  快快速速加加热热时时，，奥奥氏氏体体形形成成温温度度升升高高，，可可引引起起奥奥氏氏体体起起始始晶晶粒粒细细化化；；同同时时，，剩剩余余渗渗碳碳体体量量也也增增多多，，形成奥氏体的平均碳含量降低形成奥氏体的平均碳含量降低2.3 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制2.3.1  奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度n 奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小用用晶晶粒粒度度表表示示，，通通常常分分为为8级级，，1级最粗，级最粗，8级最细，级最细，8级以上为超细晶粒级以上为超细晶粒n 晶粒度级别与晶粒大小的关系晶粒度级别与晶粒大小的关系         n = 2N-1                                      (2-5)         n ----  X100倍时，晶粒数倍时，晶粒数 / in2           N ---- 晶粒度级别晶粒度级别图图2-10   X100倍倍   晶粒度晶粒度Nd (μm)125021773125488562644731822915.61011n 奥氏体晶粒度有三种：奥氏体晶粒度有三种：①① 初初始始晶晶粒粒度度 ---- 奥奥氏氏体体形形成成刚刚结结束束，，其其晶晶粒粒边边界界刚刚刚刚相相互互接接触触时时的的晶晶粒粒大大小小。

初初始始晶晶粒粒一一般般很很细细小小，，大大小小不不均均，，晶界弯曲晶界弯曲②② 实实际际晶晶粒粒度度 ---- 钢钢经经热热处处理理后后所所获获得得的实际奥氏体晶粒大小的实际奥氏体晶粒大小③③ 本本质质晶晶粒粒度度 ---- 表表示示钢钢在在一一定定加加热热条条件件下下奥奥氏体晶粒长大的氏体晶粒长大的倾向性倾向性 在在 930±10℃，保温，保温3~8小时后测定：小时后测定： 1~4级级----本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢，晶粒容易长大晶粒容易长大 5~8级级----本质细晶粒钢，本质细晶粒钢，晶粒不容易长大晶粒不容易长大图图2-11  加热温度对奥氏体晶粒大小的影响加热温度对奥氏体晶粒大小的影响Ac1930℃℃2.3.2  奥氏体晶粒长大机制奥氏体晶粒长大机制(1) 晶粒长大的驱动力晶粒长大的驱动力n驱动力来自驱动力来自总的晶界能的下降总的晶界能的下降n对对于于球球面面晶晶界界，，有有一一指指向向曲曲率率中中心心的驱动力的驱动力P作用于晶界作用于晶界RP图图2-12 球球面面晶晶界界长长大驱动力示意图大驱动力示意图n 公式公式(2-6)的推导的推导:图图2-13 双双晶晶体体中中的的A、、B两两晶晶粒粒，，其其中中B晶晶粒粒呈呈球球状存在于状存在于A晶粒中。

晶粒中n 面面积积为为A的的晶晶界界如如果果移移动动dx距距离离时时，，体体系系总总的的Gibbs自自由由能能变变化化为为dGt ，，则则沿沿x方方向向有有力力P作作用用于于晶晶界界上上，，构构成成晶晶界界移移动的驱动力动的驱动力n 图图2-13中中A、、B晶晶粒粒间间的的晶晶界界构成一曲率半径为构成一曲率半径为R的球面图图2-14  大晶粒吃掉小晶粒示大晶粒吃掉小晶粒示意图意图(箭头表示晶界迁移方向箭头表示晶界迁移方向)图图2-15  晶粒大小均匀一致晶粒大小均匀一致时稳定的二维结构时稳定的二维结构图图2-16 顶角均为顶角均为1200 的多边形晶粒的多边形晶粒图图2-17 三三维维晶晶粒粒的的稳稳定定形形状状 -- Kelvin正十四面体正十四面体图图2-18 大大晶晶粒粒和和小小晶晶粒粒的的几何关系几何关系n  为为保保持持三三晶晶界界交交会会处处的的界界面面张张力力平平衡衡，，交交 会会 处处 的的 面面 角角 应应 为为120o，，晶晶界界将将弯弯曲曲成成曲曲率率中中心心在在小小晶晶粒粒一一侧侧的曲面晶界的曲面晶界n  大大晶晶粒粒将将吃吃掉掉小小晶晶粒粒，，使使总总晶晶界界面面积积减减少，少，总的界面能降低总的界面能降低。

大晶粒将吃大晶粒将吃掉小晶粒掉小晶粒 ? ?(2) 晶界迁移阻力晶界迁移阻力图图2-19 Zener微微粒粒钉钉扎晶界模型扎晶界模型 n 晶晶界界向向右右迁迁移移时时，，奥奥氏氏体体晶晶界界面面积积将将增增加加，，所所受受的最大阻力为：的最大阻力为：n 由式（由式（2-7）可知：）可知：Ø 当当第第二二相相微微粒粒所所占占的的体体积积分分数数 f 一一定定时时，，第第二二相相粒粒子子越越细细小小（（r越越小小）），，提提供的对晶界迁移的总阻力越大供的对晶界迁移的总阻力越大Ø 反反之之，，当当第第二二相相微微粒粒粗粗化化时时，，对对晶晶界界迁移的总阻力将会变小迁移的总阻力将会变小(3) 奥氏体晶粒长大过程奥氏体晶粒长大过程图图2-20 奥氏体晶粒长大过程奥氏体晶粒长大过程①①孕孕育育期期：：温温度度愈愈高高，，孕育期愈短孕育期愈短②②不不均均匀匀长长大大期期：：粗粗细晶粒共存细晶粒共存③③均均匀匀长长大大期期：：细细小小晶晶粒粒被被吞吞并并后后，，缓缓慢长大2.3.3 影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 (1) 加热温度和保温时间加热温度和保温时间n 表表现现为为晶晶界界的的迁迁移移，，实实质质上上是是原原子子在晶界附近的在晶界附近的扩散扩散过程。

过程n 晶晶粒粒长长大大速速度度与与晶晶界界迁迁移移速速率率及及晶晶粒长大粒长大驱动力驱动力成正比图图2-21 奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小与与加加热热温度、保温时间的关系温度、保温时间的关系n  随随加加热热温温度度升升高高，，奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大速速度度成指数关系迅速增大成指数关系迅速增大n 加加热热温温度度升升高高时时，，保保温温时时间间应应相相应应缩缩短短，，这这样样才才能能获获得得细细小小的的奥氏体晶粒奥氏体晶粒（（2）加热速度的影响）加热速度的影响n  加加热热速速度度越越大大，，奥奥氏氏体体的的实实际际形形成成温温度度越越高高，，形形核核率率与与长长大大速速度度之之比比（（N/G））随随之增大，可以获得细小的之增大，可以获得细小的起始晶粒度起始晶粒度n  快快速速加加热热并并且且短短时时间间保保温温可可以以获获得得细细小小的奥氏体晶粒度的奥氏体晶粒度n  如如果果此此时时长长时时间间保保温温，，由由于于起起始始晶晶粒粒细细小小，，加加上上实实际际形形成成温温度度高高，，奥奥氏氏体体晶晶粒粒很很容易长大容易长大（（3）钢的碳含量的影响）钢的碳含量的影响n  碳碳在在固固溶溶于于奥奥氏氏体体的的情情况况下下，，由由于于提提高高了了铁铁的的自自扩扩散散系系数数，，将将促促进进晶晶界界的的迁迁移移，，使使奥奥氏氏体体晶晶粒长大。

粒长大共析碳钢最容易长大共析碳钢最容易长大n  当当碳碳以以未未溶溶二二次次渗渗碳碳体体形形式式存存在在时时，，由由于于其其阻阻碍碍晶晶界界迁迁移移，，所所以以将将阻阻碍碍奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大过过共共析析碳碳钢钢的的加加热热温温度度一一般般选选在在 Ac1 ---- Accm 两两相相区，为的就是保留一定的残留渗碳体区，为的就是保留一定的残留渗碳体（（4）合金元素的影响）合金元素的影响n  Mn，，P 促进奥氏体晶粒长大：促进奥氏体晶粒长大： Mn ---- 在奥氏体晶界偏聚，提高在奥氏体晶界偏聚，提高晶界能晶界能；； P ---- 在奥氏体晶界偏聚，提高在奥氏体晶界偏聚，提高铁的自扩散系数铁的自扩散系数n 强强碳碳氮氮化化物物形形成成元元素素 Ti，，Nb，，V 形形成成高高熔熔点点难难溶溶碳碳氮氮化化物物（（如如TiC，，NbN）），，阻阻碍碍晶晶界界迁移，细化奥氏体晶粒迁移，细化奥氏体晶粒 Nb Ti Zr V W Mo Cr Si Ni Cu 阻碍作用强阻碍作用强                               阻碍作用弱阻碍作用弱 图图2-22 奥氏体晶粒直径与加热温度的关系奥氏体晶粒直径与加热温度的关系1 ---- 不含铝的不含铝的C-Mn钢钢 2 ---- 含含Nb-N钢钢（（5））冶炼方法冶炼方法（原始组织）（原始组织）n  用用Al脱氧，可脱氧，可形成形成 AlN ---- 本质细晶粒钢本质细晶粒钢n  用用Si、、Mn脱氧脱氧---- 本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢奥氏体晶粒大小的控制奥氏体晶粒大小的控制 •从以上分析看：凡提高扩散的因素，如温度、时间，均能从以上分析看：凡提高扩散的因素，如温度、时间，均能加快加快A长大。

第二相颗粒体积分数长大第二相颗粒体积分数f 增大，线度增大，线度r减小，均能减小，均能阻止阻止A长大提高起始晶粒度的均匀性与促使晶界平直化均长大提高起始晶粒度的均匀性与促使晶界平直化均能降低驱动力，减弱能降低驱动力，减弱A长大1、凡提高、凡提高D的因素均加快奥氏体晶粒长大；的因素均加快奥氏体晶粒长大； 2、存在未溶的碳化物等第二相质点均阻碍奥氏体晶粒长大；、存在未溶的碳化物等第二相质点均阻碍奥氏体晶粒长大； 3、调整工艺参数，提高起始晶粒的均匀性，阻碍奥氏体晶粒、调整工艺参数，提高起始晶粒的均匀性，阻碍奥氏体晶粒长大 •　　控制方法控制方法：： 1、利用、利用Al脱氧，形成脱氧，形成AlN质点，细化晶粒，细晶粒钢质点，细化晶粒，细晶粒钢2、利用难熔强碳化物形成合金元素形成碳化物、氮、利用难熔强碳化物形成合金元素形成碳化物、氮化物细化晶粒化物细化晶粒 ；； 3、采用快速加热，短时保温的办法来获得细小晶粒、采用快速加热，短时保温的办法来获得细小晶粒4、控制钢的热加工工艺和预备热处理工艺控制钢的热加工工艺和预备热处理工艺 过热、过烧及其校正过热、过烧及其校正 一、过热及其校正一、过热及其校正 １、过热：１、过热： 加热转变终了时所得奥氏体晶粒一般均较细加热转变终了时所得奥氏体晶粒一般均较细小。

但如果在转变终了继续升高温度，则如前所述，奥氏小但如果在转变终了继续升高温度，则如前所述，奥氏体晶粒将继续长大如果体晶粒将继续长大如果仅仅是晶粒长大而在晶界上并未仅仅是晶粒长大而在晶界上并未发生能使晶界弱化的某些变化，则被称为发生能使晶界弱化的某些变化，则被称为过热过热 过热将使随后的缓冷所得的铁素体晶粒、珠光体团以过热将使随后的缓冷所得的铁素体晶粒、珠光体团以及随后的快冷所得的马氏体组织变粗，这将及随后的快冷所得的马氏体组织变粗，这将使钢的强度和使钢的强度和韧性变坏韧性变坏因此必须用再次热处理来校正由于加热不当而因此必须用再次热处理来校正由于加热不当而出现的过热现象出现的过热现象2、、 遗传：遗传：相变时产物保留了原始组织的宏观或微观相变时产物保留了原始组织的宏观或微观的某些特征的现象的某些特征的现象遗传有组织遗传组织遗传和和相遗传相遗传  •组织遗传：组织遗传：校正过热时，如果加热不当，虽然再次校正过热时，如果加热不当，虽然再次加热的温度并不高，但是只能得到与原过热组织加热的温度并不高，但是只能得到与原过热组织   相同的粗大奥氏体晶粒，这种现象称为相同的粗大奥氏体晶粒，这种现象称为组织遗传组织遗传。

组织遗传使力学性能降低，是一种有害现象组织遗传使力学性能降低，是一种有害现象•3、过热组织的校正　　、过热组织的校正　　•引起引起组织遗传的原因组织遗传的原因是：淬火态组织快加热或慢加热时均是：淬火态组织快加热或慢加热时均可得到与原奥氏体晶粒完全相同或相近的粗大奥氏体晶粒可得到与原奥氏体晶粒完全相同或相近的粗大奥氏体晶粒校正过热组织、校正过热组织、消除组织遗传的办法大致有以下几种消除组织遗传的办法大致有以下几种：： （１）由于控温不当导致加热温度过高，在已经引起过热（１）由于控温不当导致加热温度过高，在已经引起过热的情况下，应采用较缓慢的冷却以获得平衡态组织，再次的情况下，应采用较缓慢的冷却以获得平衡态组织，再次加热到正常温度即可获得细晶粒奥氏体加热到正常温度即可获得细晶粒奥氏体２）如果过热后仍进行淬火，得到粗大的不平衡组织，则（２）如果过热后仍进行淬火，得到粗大的不平衡组织，则应采取以下方法进行校正以消除组织遗传：应采取以下方法进行校正以消除组织遗传：　　①① 采用中速加热以获得细晶粒奥氏体；采用中速加热以获得细晶粒奥氏体；　　②② 采用快速或慢速加热到高出上临界点采用快速或慢速加热到高出上临界点150~200℃℃ 的温的温度使粗晶粒通过度使粗晶粒通过再结晶再结晶而细化。

而细化   ③③ 先进行一次退火以获得平衡组织，然后再进行加热先进行一次退火以获得平衡组织，然后再进行加热•二、过烧及其校正二、过烧及其校正 1、、过烧：过烧：如果加热温度过高，不仅奥氏体晶粒已经长大，如果加热温度过高，不仅奥氏体晶粒已经长大，而且在奥氏体晶界上也已发生了某些能使晶界弱化的变化，而且在奥氏体晶界上也已发生了某些能使晶界弱化的变化，称之为称之为过烧过烧过热与过烧的区别在于奥氏体晶界是否发生过热与过烧的区别在于奥氏体晶界是否发生弱化 2、、相遗传：相遗传：过烧可以导致断口遗传，即过烧可以导致断口遗传，即相遗传相遗传即在过烧即在过烧的情况下，虽经再次适当加热淬火消除了粗大晶粒而得到的情况下，虽经再次适当加热淬火消除了粗大晶粒而得到了细晶粒奥氏体，但在冲断时仍得到了与原粗大奥氏体晶了细晶粒奥氏体，但在冲断时仍得到了与原粗大奥氏体晶粒相对应的粗晶断口粒相对应的粗晶断口•3、过烧组织的校正：、过烧组织的校正： •过烧不易消除，消除的主要方法有：过烧不易消除，消除的主要方法有：  （（1）、重新加热到引起过烧的温度，以极慢的速度冷却；）、重新加热到引起过烧的温度，以极慢的速度冷却；（（2）、重新加热到引起过烧的温度，冷至室温，再加热到）、重新加热到引起过烧的温度，冷至室温，再加热到较前次低较前次低100~150℃℃的温度，再冷至室温。

如此重复加热、的温度，再冷至室温如此重复加热、冷却，直到正常加热温度以下为止；冷却，直到正常加热温度以下为止；（（3）、重新煅造；）、重新煅造；（（4）、进行多次正火进行多次正火•一般热处理时大多不会发生过烧，但在焊接件热影响区中一般热处理时大多不会发生过烧，但在焊接件热影响区中有可能出现过烧有可能出现过烧•4、烧毁、烧毁：： 如进一步提高加热温度，奥氏体晶界将首先开如进一步提高加热温度，奥氏体晶界将首先开始熔化，称为烧毁烧毁不能用热处理方法加以校正始熔化，称为烧毁烧毁不能用热处理方法加以校正 练习题练习题1．综述奥氏体的主要性能奥氏体的形成优先在α/Fe3C相界面上形核？2．画出Fe-Fe3C亚稳平衡图，说明加热时奥氏体的形成机理 3. 简述影响奥氏体等温形成速度的主要因素4．综述奥氏体晶粒度的概念，说明如何控制获得细晶粒奥氏体5．设γFe的点阵常数为3.64 Ǻ，C的原子半径为0.77 Ǻ，解：若平均2.5个γFe晶胞中溶入一个C原子，则单胞的相对膨胀量为多大？ 。