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共析钢奥氏体的形成过程

大多数热处理过程,首先必须把钢加热到奥氏体状态,然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。通常把钢加热获得奥氏体的转变过程称为“奥氏体化”。加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀化程度及晶粒大小以及加热后溶入奥氏体中的碳化物等过剩相的数量和分布状况,直接影响钢在冷却后的组织和性能。因此,研究钢在加热时的组织转变规律,控制加热规范以改变钢在高温下的组织状态,对于充分挖掘钢材性能潜力、保证热处理产品质量具有重要意义。


      共析钢中奥氏体的形成由下列四个基本过程组成:奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化,如图所示。

a)A形核  b)A长大  c)剩余Fe3C溶解  d)A均匀化


01

奥氏体的形核

  

将钢加热到Ac1以上某一温度保温时,珠光体处于不稳定状态,通常首先在铁素体和渗碳体相界面上形成奥氏体晶核,这是由于铁素体和渗碳体相界面上碳含量分布不均匀,原子排列不规则,易于产生浓度和结构起伏区,为奥氏体形核创造了有利条件。珠光体群边界也可能成为奥氏体的形核部位。

02

奥氏体的长大

奥氏体晶核形成以后即开始长大。奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体继续向奥氏体转变而进行的。奥氏体形核后的长大,是新相奥氏体的相界面向着铁素体和渗碳体这两个方向同时推移的过程。通过原子扩散,铁素体晶格先逐渐改组为奥氏体晶格,然后通过渗碳体的连续不断分解和铁原子扩散而使奥氏体晶核不断长大。碳在奥氏体中扩散的同时,在铁素体中也进行着扩散。

由于铁素体与奥氏体相界面上的浓度差远小于渗碳体与奥氏体相界的浓度差,因而铁素体向奥氏体的转变速度比渗碳体溶解的速度快得多。因此,珠光体中的铁素体总是首先消失。当铁素体全部转变为奥氏体时,可以认为珠光体向奥氏体的转变基本完成,但是仍有部分剩余渗碳体未溶解,此时奥氏体的平均碳含量低于共析成分,说明奥氏体化过程仍在继续。

03

剩余渗碳体的溶解

 

铁素体消失后,在继续保温或继续加热时,随着碳在奥氏体中的继续扩散,剩余渗碳体不断向奥氏体中溶解。

04

奥氏体成分均匀化

  

当渗碳体刚刚全部溶入奥氏体后,奥氏体内碳含量仍是不均匀的,原来是渗碳体的地方碳含量较高,而原来是铁素体的地方碳含量较低,只有经过长时间的保温或继续加热,让碳原子进行充分的扩散才能获得成分均匀的奥氏体。

亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程同共析钢基本相同。加热温度仅超过Ac1时,只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体,仍保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳体。只有当加热温度超过Ac3或Accm并保温足够长的时间后,才能获得均匀的单相奥氏体。


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