第一章

鋼在加熱時(shí)的奧氏體轉(zhuǎn)變第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程奧氏體：由單一γ相組成的組織，即碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，用A或γ表示。奧氏體晶體結(jié)構(gòu)：面心立方結(jié)構(gòu)fcc間隙固溶條件：溶質(zhì)原子半徑小于或相近于溶劑原子間隙半徑。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程奧氏體的特點(diǎn)有限固溶晶格畸變微觀碳濃度起伏奧氏體組織形貌：等軸狀?yuàn)W氏體性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好；比體積?。芏却螅?；順磁性；導(dǎo)熱性差。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程任何溫度、壓力條件下，物質(zhì)均具內(nèi)能。內(nèi)能越低，物質(zhì)越穩(wěn)定。在一定溫度、壓力條件下，物質(zhì)總是自發(fā)地從高內(nèi)能狀態(tài)向低內(nèi)能狀態(tài)轉(zhuǎn)變。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程α、Fe3C等相的內(nèi)能隨溫度升高而較快增大。γ相的內(nèi)能隨溫度升高而較慢增大。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程過(guò)熱（過(guò)冷）：實(shí)際相變溫度高于（低于）平衡相變溫度的現(xiàn)象，其溫度差為過(guò)熱度（過(guò)冷度）。加熱臨界溫度Ac1/Ac3/Accm；冷卻臨界溫度Ar1/Ar3/Arcm。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程相變熱力學(xué)條件：須有過(guò)熱度或過(guò)冷度。奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程：形核、長(zhǎng)大、殘余Fe3C溶解、成分均勻化。CFe3C%>Cγ%>Cα%γ相總是形核于α相/Fe3C相的界面處。（自由表面、相界、晶界、晶體缺陷）步驟1：界面相鄰Fe3C分解，C原子向界面α方向擴(kuò)散，界面相鄰α相的C濃度增加。步驟2：C濃度達(dá)到γ相范圍的界面相鄰α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，成為γ相晶核。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程γ晶核存在γ/α和γ/Fe3C兩個(gè)界面。Fe3C的C原子向γ擴(kuò)散，γ的C原子向α擴(kuò)散。γ/Fe3C界面向Fe3C方向擴(kuò)展，γ/α界面向α方向擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)γ晶核長(zhǎng)大。步驟1：γ/Fe3C界面相鄰的Fe3C分解，C原子向γ擴(kuò)散，同時(shí)γ/α界面相鄰的γ相中C原子向α擴(kuò)散，且γ內(nèi)C原子從γ/Fe3C界面?zhèn)认颚?α界面?zhèn)葦U(kuò)散。步驟2：γ/Fe3C界面相鄰的Fe原子結(jié)合于γ相晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)γ/α界面相鄰的α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程Fe3C分解慢于α-γ同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。殘余Fe3C分解，C原子擴(kuò)散、溶解，F(xiàn)e原子擴(kuò)散、結(jié)合。單相γ組成A晶粒內(nèi)C原子分布不均勻。C原子從高C區(qū)向低C區(qū)擴(kuò)散，使所有A晶粒內(nèi)C原子分布達(dá)到宏觀均勻。第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程形核、長(zhǎng)大階段時(shí)間較短，殘余Fe3C溶解和A成分均勻化階段時(shí)間較長(zhǎng)。奧氏體轉(zhuǎn)變本質(zhì)：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變熱力學(xué)條件：如何才能發(fā)生轉(zhuǎn)變（動(dòng)力學(xué)）轉(zhuǎn)變過(guò)程、階段、步驟：怎么轉(zhuǎn)變（運(yùn)動(dòng)學(xué)）第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程共析鋼奧氏體形成過(guò)程第一節(jié)奧氏體的形成過(guò)程

亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼形核界面相鄰Fe3C分解，C原子向界面α方向擴(kuò)散界面相鄰Fe3C分解，C原子向界面α方向擴(kuò)散界面相鄰Fe3C分解，C原子向界面α方向擴(kuò)散界面相鄰α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變界面相鄰α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變界面相鄰α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變長(zhǎng)大γ/Fe3C界面相鄰的Fe3C分解，C原子向γ擴(kuò)散，同時(shí)γ/α界面相鄰的γ相中C原子向α擴(kuò)散，且γ內(nèi)C原子從γ/Fe3C界面?zhèn)认颚?α界面?zhèn)葦U(kuò)散γ/Fe3C界面相鄰的Fe3C分解，C原子向γ擴(kuò)散，同時(shí)γ/α界面相鄰的γ相中C原子向α擴(kuò)散，且γ內(nèi)C原子從γ/Fe3C界面?zhèn)认颚?α界面?zhèn)葦U(kuò)散γ/Fe3C界面相鄰的Fe3C分解，C原子向γ擴(kuò)散，同時(shí)γ/α界面相鄰的γ相中C原子向α擴(kuò)散，且γ內(nèi)C原子從γ/Fe3C界面?zhèn)认颚?α界面?zhèn)葦U(kuò)散γ/Fe3C界面相鄰的Fe原子結(jié)合于γ相晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)γ/α界面相鄰的α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)?Fe3C界面相鄰的Fe原子結(jié)合于γ相晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)γ/α界面相鄰的α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)?Fe3C界面相鄰的Fe原子結(jié)合于γ相晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)γ/α界面相鄰的α相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變Fe3C溶解殘余Fe3C分解，C原子擴(kuò)散、溶解，F(xiàn)e原子擴(kuò)散、結(jié)合殘余Fe3C分解，C原子擴(kuò)散、溶解，F(xiàn)e原子擴(kuò)散、結(jié)合殘余Fe3C分解，C原子擴(kuò)散、溶解，F(xiàn)e原子擴(kuò)散、結(jié)合先共析相溶解γ/α先界面相鄰的γ相中C原子向α先擴(kuò)散

γ/Fe3C先界面相鄰的Fe3C先分解，C原子向γ擴(kuò)散，γ/α先界面相鄰的α先相發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)?Fe3C先界面相鄰的Fe原子結(jié)合于γ相晶體結(jié)構(gòu)中，均勻化C原子從高C區(qū)向低C區(qū)擴(kuò)散C原子從高C區(qū)向低C區(qū)擴(kuò)散C原子從高C區(qū)向低C區(qū)擴(kuò)散第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度等溫轉(zhuǎn)變：將材料快速加熱至Ac1以上某一溫度并保溫，且在該溫度條件下發(fā)生的轉(zhuǎn)變。奧氏體A的轉(zhuǎn)變由形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段完成。（非均勻A）奧氏體轉(zhuǎn)變速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位體積內(nèi)形成的奧氏體量（體積分?jǐn)?shù)）。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度形核率N：?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位體積內(nèi)形成的奧氏體晶核數(shù)目。長(zhǎng)大速度G：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)奧氏體界面沿其法向方向移動(dòng)的線速度。奧氏體轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度孕育期：轉(zhuǎn)變開始所需的為形核作準(zhǔn)備的時(shí)間。等溫溫度越高，孕育期越短。先慢、后快、再慢。等溫溫度越高，轉(zhuǎn)變時(shí)間越短。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變開始時(shí)間：形成0.5%奧氏體量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)間：形成99.5%奧氏體量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。等溫轉(zhuǎn)變圖：轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間和轉(zhuǎn)變量間關(guān)系的曲線圖。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度溫度越高，孕育期越短，形核長(zhǎng)大速度越快，轉(zhuǎn)變時(shí)間越短。殘余Fe3C相溶解結(jié)束線奧氏體均勻化結(jié)束線先共析相溶解結(jié)束線第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變溫度原始組織形貌化學(xué)成分溫度↗過(guò)熱度↗原子擴(kuò)散能力↗形核率N↗長(zhǎng)大速度G↗轉(zhuǎn)變速度↗組織細(xì)密性↗界面面積↗形核率N↗轉(zhuǎn)變速度↗片狀P界面面積>球狀P界面面積，形核率N片>形核率N球，片狀P轉(zhuǎn)變奧氏體速度>球狀P轉(zhuǎn)變奧氏體速度C含量↗C擴(kuò)散能力↗形核率N↗長(zhǎng)大速度G↗轉(zhuǎn)變速度↗同時(shí)殘余Fe3C溶解時(shí)間↗A均勻化時(shí)間↗碳化物形成合金元素

碳化物分解難度↗C原子擴(kuò)散能力↘形核率N↘長(zhǎng)大速度G↘轉(zhuǎn)變速度↘非碳化物形成合金元素中Co、Ni

C原子擴(kuò)散能力↗轉(zhuǎn)變速度↗合金元素Ni、Mn

轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)（AC1、AC3、ACm）↘過(guò)熱度↗形核率N↗轉(zhuǎn)變速度↗合金元素?cái)U(kuò)散能力<C元素?cái)U(kuò)散能力

轉(zhuǎn)變速度↘殘余碳化物溶解時(shí)間↗A均勻化時(shí)間↗奧氏體轉(zhuǎn)變速度影響因素第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度連續(xù)加熱：在實(shí)際生產(chǎn)中，以較快的加熱速度將材料加熱至臨界轉(zhuǎn)變溫度以上的加熱方式。連續(xù)轉(zhuǎn)變：材料在一定的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的相變。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度高于轉(zhuǎn)變開始溫度。加熱速度越快，轉(zhuǎn)變溫度越高。加熱速度越快，轉(zhuǎn)變溫度范圍越寬。加熱速度越快，轉(zhuǎn)變時(shí)間越短。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變開始溫度越高，形核率N越大，A晶粒越細(xì)。加熱速度越快，A中C濃度分布越不均勻。殘余碳化物溶解和A均勻化時(shí)間較長(zhǎng)。第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變速度平衡轉(zhuǎn)變、連續(xù)轉(zhuǎn)變與等溫轉(zhuǎn)變的區(qū)別

平衡轉(zhuǎn)變連續(xù)轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變加熱速度慢較快快C原子擴(kuò)散充分很不充分不充分成分分布均勻很不均勻不均勻過(guò)熱（冷）度無(wú)有有應(yīng)用環(huán)境實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制形核、長(zhǎng)大階段完成奧氏體轉(zhuǎn)變，為非均勻奧氏體。非均勻包括：成分、結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸和能量。殘余碳化物溶解、均勻化階段獲得宏觀均勻的奧氏體。殘余碳化物溶解、均勻化階段繼續(xù)存在奧氏體晶粒長(zhǎng)大。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制長(zhǎng)大規(guī)律：大魚吃小魚，大晶粒吃小晶粒。晶粒尺寸相當(dāng)，均勻性提高。正常長(zhǎng)大：隨溫度提高或時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶粒較慢地勻速長(zhǎng)大。異常長(zhǎng)大：隨溫度提高或時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶?？焖匍L(zhǎng)大。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：冶煉鋼時(shí)用Al脫氧，鋼液內(nèi)存在一定AlN顆粒，阻礙、降低了奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度，即晶粒長(zhǎng)大傾向小的鋼。本質(zhì)粗晶粒鋼:冶煉時(shí)用Si或Mn脫氧，奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向大的鋼。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制奧氏體晶粒細(xì)小，則室溫組織（P、F、Cm、M、B）細(xì)小，強(qiáng)度較高，塑性韌性好。晶粒度N：表征晶粒大小的尺度。表征方法：?jiǎn)挝惑w積或單位面積內(nèi)晶粒數(shù)n，或平均晶粒直徑d。n=2N-1晶粒度級(jí)別-1012345678910備注晶粒數(shù)n/in2(×100)0.250.51248163264128256512

晶粒數(shù)n/mm2（×10-4）3.97.815.531.062.0124248496992198039707940

晶粒的平均直徑d（mm）

0.2500.1770.1250.0880.0620.0440.0310.0220.0160.011統(tǒng)計(jì)第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制起始晶粒度：原始組織通過(guò)形核、長(zhǎng)大兩階段全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的晶粒大小。決定因素：形核率N和長(zhǎng)大速度G。實(shí)際晶粒度：通過(guò)具體的熱處理工藝，即具體的加熱、保溫條件而得到的晶粒大小。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制本質(zhì)晶粒度：表征鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的大小。評(píng)價(jià)條件：加熱到930±10℃，保溫3-8hr本質(zhì)粗晶粒鋼：1-4級(jí)。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：5-8級(jí)。較低加熱保溫溫度，本質(zhì)粗晶粒鋼可得到細(xì)小晶粒，即實(shí)際晶粒度高。過(guò)高加熱保溫溫度，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼可得到粗大晶粒，即實(shí)際晶粒度低。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制奧氏體晶粒大小影響因素首先保溫溫度，其次保溫時(shí)間加熱速度冶煉脫氧方式C含量合金元素V、Ti、Nb、Zr的VC、TiC、NbC、NbN、ZrC等第二相阻礙晶粒長(zhǎng)大。B及少量稀土元素延遲晶粒長(zhǎng)大，而Mn和P促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制細(xì)化晶粒的途徑嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間快速加熱重結(jié)晶合金化晶粒細(xì)化要求晶粒度級(jí)別高，尺寸均勻，符合正態(tài)分布。第三節(jié)奧氏體晶粒度的控制高溫組織奧氏體A奧氏體A冷卻速度慢快C原子擴(kuò)散充分不充分