奥氏体

奥氏体：奥氏体A或合金元素在γ-Fe中的固溶体。奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。奥氏体为面心立方结构，碳原子位于奥氏体晶胞八面体的中心，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。碳原子在奥氏体中的分布也是不均匀的，存在浓度起伏。奥氏体的晶格常数随着含碳量的增加而增加，这是碳原子溶入使晶格膨胀的缘故。当奥氏体中含有合金元素时，大多数合金元素如Mn,Cr,Ni,Co,Si等，在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。

奥氏体的特点：1,A是最密排的点阵结构，致密度高，故A的质量体积最小。转变成M形式时，体积膨胀2,点阵滑移系多，故A的塑性好，屈服强度低，易于加工变

形3,A是高温相，在室温下不稳定，但在钢中加入足够多的扩大γ-Fe相区

的化学元素，则可使A稳定在室温4。A具有顺磁性5,A的导热性差，线膨

胀系数最大，故可用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。

奥氏体形成过程：奥氏体的形成是扩散性相变。分为四个阶段，即1，奥氏体形核，2，晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大3，剩余碳化物溶解4，奥氏体成分

均匀化。奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。

奥氏体的形成速度取决于形核率N和长大速度vg。温度越高，晶粒越细。

影响A形成速度的因素：一切影响A形核率和增大素的的因素都影响奥氏体的形成速度。

1.，加热温度：（1）奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增大。转变孕

育期变短，相应的转变终了时间也变短。（2）随着奥氏体形成温度升高，形

核率增大速度高于长大速度的增长速率。因此奥氏体形成温度愈高，起始晶

粒度愈小(3)随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁素体的推移速度与

向渗碳体的推移速度之比增大。当奥氏体将铁素体全部溶解时，剩下的渗碳

体量增多。

2,钢中含碳量和原始组织的影响：(1)钢中含碳量愈高，奥氏体形成速度愈快

(2.)钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。

3,合金元素的影响：(1)对扩散系数的影响。强碳化物形成元素，降低碳在奥

氏体中的扩散系数，因而减慢奥氏体的形成速度。非碳化物形成元素等增

加碳在奥氏体中的扩散系数，因而加速奥氏体的形成。(2)合金元素改变临

界点。（3）合金元素影响珠光体的片层间距，改变碳在奥氏体中的溶解度。

（4）合金元素在奥氏体中分布不均匀，扩散系数仅仅为碳的千分之一，

合金钢的奥氏体的均匀化需要更长的时间。

连续加热时奥氏体的形成特征：1相变是在一个温度范围内完成的。钢在连续加热时，奥氏体在一个温度范围内完成。加热速度愈大，各阶段转变温度范围均向高温推移，

扩大。2，奥氏体成分不均匀性随加热速度增大而增大。在快速加热情况下，碳

化物来不及充分溶解，碳和合金元素的原子来不及充分扩散，因而造成奥氏体

中碳，合金元素浓度分布很不均匀。3，奥氏体起始晶粒随着加热速度增大而细

化。快速加热时，相变过热度大，奥氏体形核率急剧增大，同时，加热时间又

短，因而奥氏体晶粒来不及长大，晶粒较细，甚至获得超细化的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒长大：奥氏体终了化时，晶粒较细，随着加热温度进一步升高，时间继续延长，奥氏体晶粒将长大。每一个加热温度都有一个晶粒长大期，奥氏体晶粒

长大到一定大小后，长大趋势减缓直至停止长大。温度愈高，奥氏体晶

粒长大的愈大。无论加热温度，还是保温时间，奥氏体晶粒长大到一定

程度后则不再长大

钉扎作用：用铝脱氧的钢及含有Nb,V,Ti等元素的钢，钢中存在AIN，NbC,Vc,TiC等相微粒，这些相硬度很高，难以变形，存在于晶界上时，阻止奥氏体晶界移动，对晶界起

了顶扎作用，在一定温度范围内对于保持奥氏体晶粒细化起了重要作用。

影响奥氏体晶粒长大的因素：1，加热温度和保温时间的影响。因此，为了获得较为细小的奥氏体晶粒，必须同时控制加热温度和保温时间。较低温度下保温时，时间因

素影响较小。加热温度高时，保温时间的影响变大。因此，升高加热温度时，

保温时间应该相应缩短。2，化学成分的影响。钢中的碳含量增加时，碳原子在

奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度均增加，故奥氏体晶粒长大倾向变大。临界点：加热时：Ac1,Ac3,Acm （高于平衡点）冷却或加热速度越快，

冷却时：Ar1,Ar3,Acm （低于平衡点）与平衡点差别越大。

滞后现象：实际加热和冷却转变的开始点不在A1，实际生产中加热速度和冷却速度一般较快，转变发生滞后现象，即转变开始点随着加热速度的加快而升高。在一定加

热速度下实际测定的临界点用Ac1表示，冷却时的临界点以Ar1表示。

奥氏体的形核地点：1。通常在铁素体和渗碳体两相界面上2。珠光体领域的边界3。铁素体镶嵌块边界都可以成为奥氏体的形核地点。奥氏体的形成是不均匀形核。

一般认为奥氏体在铁素体和渗碳体交界面上形成晶核，这是由于铁素体含

碳量极低，而渗碳体的含碳量又极高，奥氏体的含碳量介于两者之间。（满

足能量起伏，成分起伏，结构起伏，造成奥氏体晶核最容易在此处形成）奥氏体晶核长大：它的长大时相界面推移的结果，即奥氏体不断向渗碳体推移，使得渗碳体不断溶解。奥氏体向铁素体推移，使得铁素体不断转变为奥氏体，显然当

渗碳体刚刚全部溶解完，铁素体刚刚全部转变为奥氏体之际，奥氏体中的

含碳分布式不均匀的。事实上，铁素体先溶解完，而后剩下渗碳体，渗碳

体继续溶解，因此，在原来渗碳体的微区含碳量较高，而原来是铁素体的

区域含碳量较低。最后将发生奥氏体的均匀化过程。

奥氏体的晶粒粗化温度：当温度高于1100℃。继续加热，晶粒急剧突然长大，此称异常长

大。该温度称为奥氏体的晶粒粗化温度

珠光体向奥氏体转变：驱动力为自由焓差。奥氏体和珠光体的自由焓均随温度的升高而降低，但是由于斜率不同，在某一温度有一个交点，该点即为Fe-C平衡图上

的共析温度727℃，为临界点A1。当加热温度高于A1时，奥氏体的自

由焓低于珠光体的自由焓，自由焓差△Gv即为相变驱动力。这时，珠

光体将转变为奥氏体。这种转变必须远离平衡态，即存在加热度△T。奥氏体形核率急剧增加的原因：1。奥氏体形成温度升高时，相变驱动力增大使形核功W减小，因而奥氏体形核率增大2。奥氏体化温度升高，元素扩散系数增大，扩

散速度加快，因而促进奥氏体形核3。随着相变温度升高，相界面碳浓度差

减小。即奥氏体形核所需的C浓度起伏减小，也有利于提高奥氏体形核率。在共析钢，高碳钢中，可能出现碳含量低于共析成分的低碳马氏体，中碳马氏体及剩余碳化物等，这有助于淬火钢的韧化。

奥氏体晶粒长大机理：奥氏体晶粒长大是通过晶界的迁移进行的，实质上是原子扩散的过程。

晶界推移的驱动力来自奥氏体的晶界能的降低。在一定温度下，奥氏

体晶粒会发生相互吞并的现象，总体趋势是大晶粒吃掉小晶粒。

细化奥氏体晶粒：用铝脱氧，生成大量AIN，或加入微量的Nb,V,Ti等合金元素，形成弥散的NbC,Vc,TiC等颗粒，阻碍奥氏体晶粒长大，达到细化晶粒的目的。

针形奥氏体的形成：低，中碳合金钢以马氏体为原始组织在Ac1—Ac2之间低温区加热时，在马氏体板条间形成。通常钢中含有推迟铁素体再结晶的合金元素时，

在一定加热条件下，容易产生针形奥氏体。针形奥氏体形成的先决条