(20)--1.3.2 奥氏体的形成与长大.ppt

1.3.2 1.3.2 奥氏体的形成与长大奥氏体的形成与长大GTA1=727GPGA GVT一、奥氏体形成的条件一、奥氏体形成的条件 过热（过热（TA1）过热度过热度，Ac1 ，驱动力，驱动力，转变速度，转变速度。u原因：以珠光体与奥氏原因：以珠光体与奥氏体的体积自由能之差来提体的体积自由能之差来提供驱动力以克服新相晶核供驱动力以克服新相晶核的表面能及弹性能的表面能及弹性能 G=GAGP0v加热工序的目的：得到奥氏体加热工序的目的：得到奥氏体 P (F +Fe3C)A结构结构 体心体心 复杂复杂 面心面心含碳量含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.77二、奥氏体的形成过程二、奥氏体的形成过程(以共析钢为例以共析钢为例)v可见可见:珠光体向奥氏体转变珠光体向奥氏体转变,是由成分相差悬殊、晶格是由成分相差悬殊、晶格截然不同的截然不同的两相混合物两相混合物转变成转变成单相固溶体单相固溶体的过程。因的过程。因此在奥氏体的形成过程必定发生此在奥氏体的形成过程必定发生晶格重构晶格重构和铁、碳原和铁、碳原子的扩散。子的扩散。2.12.1、奥氏体形成机制、奥氏体形成机制 形核形核+长大长大1.1.奥氏体的形核奥氏体的形核球状珠光体中：球状珠光体中：优先在优先在F/FeF/Fe3 3C C界面形核界面形核片状珠光体中：片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核优先在珠光体团的界面形核 也在也在F/FeF/Fe3 3C C片层界面形核片层界面形核Fe3CF珠光体团界珠光体团界FFe3CAF+FeF+Fe3 3C A C A Ac1以上以上 加热加热球球状状P形形核核片片状状P形形核核(珠光体类组织向珠光体类组织向A转变）转变）(以共析钢为例）以共析钢为例）奥氏体在奥氏体在F/Fe3C界面形核原因：界面形核原因：(1)易获得形成易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏.(2)在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。G=-Gv +Gs +Ge-Gd Gv体积自由能差，体积自由能差，Gs 表面能，表面能，Ge 弹性应变能弹性应变能 相界面相界面Gs 、Ge 较小，更易满足热力学条件较小，更易满足热力学条件G0.(3)(3)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浓度，况且碳原子沿界面扩散较晶内为快，从而加速了奥氏体碳浓度，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。的形核。(4)(4)相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起伏，从而由相界面处，原子排列较不规则，易于产生结构起伏，从而由BCCBCC改组成改组成FCCFCC。三、奥氏体的形成过程三、奥氏体的形成过程v钢在加热时奥氏体的形成过程也是一个钢在加热时奥氏体的形成过程也是一个形核形核和和长大长大的过程。以的过程。以共析钢共析钢为例，其奥氏体化过程可简单地分为四个步骤，如为例，其奥氏体化过程可简单地分为四个步骤，如图图1-4所示。所示。图图1-4 共析钢的奥氏体形成过程示意图共析钢的奥氏体形成过程示意图相组成：相组成：(+Fe3C )碳含量：碳含量：0.02%6.69%0.77%点阵结构：体心立方点阵结构：体心立方 复杂斜方复杂斜方 面心立方面心立方Step 2：奥氏体晶核奥氏体晶核长大长大，奥氏体晶核形，奥氏体晶核形成后，便通过成后，便通过碳原子碳原子的扩散的扩散向铁素体和渗向铁素体和渗碳体方向长大。碳体方向长大。Step 1：奥氏体晶核奥氏体晶核形成形成，奥氏体晶核首，奥氏体晶核首先先在铁素体与渗碳体在铁素体与渗碳体相界面形成相界面形成，因为相，因为相界处的成分和结构对界处的成分和结构对形核有利。形核有利。Step 3：残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解，铁素，铁素体在成分和结构上比渗碳体更接体在成分和结构上比渗碳体更接近于奥氏体，因而先于渗碳体消近于奥氏体，因而先于渗碳体消失，而残余渗碳体则随保温时间失，而残余渗碳体则随保温时间延长不断溶解直至消失。延长不断溶解直至消失。Step 4：奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化，渗碳体溶解后，其所在部渗碳体溶解后，其所在部位碳含量仍比其他部位高，位碳含量仍比其他部位高，需通过较长时间的保温使需通过较长时间的保温使奥氏体成分逐渐趋于均匀。奥氏体成分逐渐趋于均匀。奥氏体的长大（共析钢）奥氏体的长大（共析钢）1.C 原子原子扩散：散：一旦奥氏体晶核出现，则在奥氏体内部的C%分布就不均匀，由从图1-3可见：C1与Fe3C相接的奥氏体C%；C2与F相接的奥氏体的C%；C3与Fe3C相接的F的C%；C4与奥氏体相接的F的C%；从图1-3 可以看出，在T1温度下由于C1、C2、C3、C4 不同导致奥氏体晶核形成时，C原子扩散，如图1-4，扩散的结果破坏了T1温度下C%的浓度平衡，迫使与奥氏体相接的F和Fe3C溶解恢复T1温度下C%的浓度平衡，如此历经“破坏平衡”“建立平衡”的反复，奥氏体晶核长大。2.2.奥氏体晶格改组：奥氏体晶格改组：(1)(1)一般认为，平衡加热过热度很小时，通过一般认为，平衡加热过热度很小时，通过Fe Fe 原子原子自扩散完成晶格改组。自扩散完成晶格改组。(2)(2)也有人认为，当过热度很大时，晶格改组通过也有人认为，当过热度很大时，晶格改组通过FeFe原原子切变完成。子切变完成。3 3、残余、残余 FeFe3 3C C 和奥氏体均匀化和奥氏体均匀化 结束后，还有相当数量的结束后，还有相当数量的FeFe3 3C C尚未溶解，尚未溶解，这些这些FeFe3 3C C被称为残余被称为残余FeFe3 3C C。另外在原来另外在原来FeFe3 3C C的部位，的部位，C%C%较高，而原来较高，而原来F F部位部位C%C%较低，必须经过适当的保温后，奥氏体中的较低，必须经过适当的保温后，奥氏体中的C%C%才才能趋于均匀。能趋于均匀。奥氏体形成过程（共析钢）奥氏体形成过程（共析钢）（4）奥氏体中）奥氏体中 C 的扩散均匀化。的扩散均匀化。(万秒万秒)（3）剩余剩余 Fe3C 的溶解；的溶解；(千秒千秒)（2）奥氏体向）奥氏体向 F 及及 Fe3C 两侧长大两侧长大(几百秒几百秒)四个阶段：四个阶段：（1）奥氏体在）奥氏体在FFe3C 界面上形核（界面上形核（10秒）秒）奥氏体形成的四个阶段奥氏体形成的四个阶段（1）（2）（3）（4）