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1、钢中奥氏体形成第2章Chapter 2: Formation of Austenite in Steels2-1、奥氏体形成热力学、奥氏体形成动力学、奥氏体晶粒的长大、小结主要内容主要内容2.1 奥氏体形成热力学奥氏体形成热力学Chapter 2: Formation of Austenite in Steels在在727时加热能形成时加热能形成A吗？吗？3G状态状态状态状态gG(1)热力学形成条件克服克服g g势垒势垒G0 Chapter 2: Formation of Austenite in Steels2-3Chapter 2: Formation of Austenite in St
2、eelsTA1=727GA GV TGGpGGv v: :珠光体与奥氏体之间体积自珠光体与奥氏体之间体积自由能之差；由能之差；GGs s: :形成奥氏体核心形成奥氏体核心是增加的表面能；是增加的表面能；GGe e: :形成奥氏形成奥氏体核心时增加的应变能体核心时增加的应变能G=-Gv+Gs+Ge A/Fe3C界面向界面向Fe3C推移速度推移速度刚形成的刚形成的A平均含碳量平均含碳量 V2 V1不均匀不均匀A均匀均匀AP+ AA+ Fe3CPt/sT/V3V2Ac1(1)加热速度加热速度 ,转变温度转变温度 ;(2)转变在一个温度范围内完成转变在一个温度范围内完成;(3)形成速度随加热速度形成速
3、度随加热速度 而而 ，(4)A起始晶粒度随加热速度速度起始晶粒度随加热速度速度 而细化，而细化，(5)A成分不均匀性随加热速度成分不均匀性随加热速度 而而 。V1连续加热转变动力学示意图连续加热转变动力学示意图2-27Chapter 2: Formation of Austenite in Steels(2)形核率和长大速率奥氏体形核率:单位时间单位体积内形成达到临界晶核尺寸的晶核个数I=Nexp-(Q+G*)/kTN: 单位体积旧相中的原子数目；: 原子中振动频率；Q: 原子扩散激活能。=Nexp(-Q/kT)exp(-G*/kT)温度的影响温度的影响非均匀形核：非均匀形核：I=Nexp(-
4、Q /kT)exp(-G1*/kTT2)2-28Chapter 2: Formation of Austenite in Steels1）温度升高）温度升高, 形核率形核率I以指数关系增加；以指数关系增加；2）温度升高）温度升高, GV增大增大, 使使G*减小减小, I进一步增大；进一步增大；3）温度升高）温度升高, 原子扩散速度加快原子扩散速度加快,有利于铁素体向奥氏有利于铁素体向奥氏 体点阵改组体点阵改组,也促进渗碳体溶解也促进渗碳体溶解, 加速奥氏体的形核；加速奥氏体的形核；4）温度升高）温度升高,铁素体的铁素体的C%增加增加,另一方面奥氏体在铁素另一方面奥氏体在铁素 体中形核时所需的碳
5、浓度沿体中形核时所需的碳浓度沿SG而降低而降低,减小奥氏体形减小奥氏体形 核所需要的碳浓度起伏核所需要的碳浓度起伏,促进奥氏体的形核。促进奥氏体的形核。温度对形核率的影响温度对形核率的影响Chapter 2: Formation of Austenite in Steels线性长大速率:界面延法线方向推进的速率FFe3CA假设：忽略F和Fe3C中的浓度梯度相界面处维持局部平衡C在A中扩散达准稳态相界面推移速度为： D C在在A中扩散系数，中扩散系数，dC/dxA中浓度梯度中浓度梯度CB 两相在界面上的浓度差两相在界面上的浓度差另一表达式见另一表达式见p63p63302-30公式应用：估算某一温
6、度下公式应用：估算某一温度下A向向F（或（或Fe3C）的移动速度）的移动速度当当A形成温度为形成温度为780时时 F先消失，剩余碳化物先消失，剩余碳化物T1AFTCCA/Fe3CCA/FCF/ACF/Fe3C转变温度转变温度 ，残余碳化物量，残余碳化物量 Chapter 2: Formation of Austenite in Steels2-31Chapter 2: Formation of Austenite in SteelsT ,I ,G ,且且I G T的影响作用最强烈的影响作用最强烈2) 原始组织的影响原始组织的影响片状片状P转变速度转变速度球状球状P薄片较厚片转变快薄片较厚片转变
7、快3) 碳含量的影响碳含量的影响C ,A形成速度形成速度 ，1) 温度的温度的影响影响(3)奥氏体转变影响因素4) 合金元素的影响合金元素的影响 (P64 )2-32Chapter 2: Formation of Austenite in Steels奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度-表示晶粒大小的尺度表示晶粒大小的尺度, ,评定钢加热质量重要指标。评定钢加热质量重要指标。1)1)起始晶粒度：起始晶粒度： 临临界界温温度度以以上上奥奥氏氏体体形形成成刚刚刚刚完完成成，晶晶粒粒边边界界刚刚互互相相接接触触时时晶晶粒大小。粒大小。2)2)实际晶粒度：实际晶粒度： 在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。
8、在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。3)3)本质晶粒度：本质晶粒度： 钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。2.3 奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大(1)奥氏体晶粒表征2-33Chapter 2: Formation of Austenite in Steels n=2N-1或或n=2N+3N N：晶粒度级别：晶粒度级别; ;nn：金金相相观观察察放放大大100100倍倍进进行行时时每每平平方方英英寸寸2 2) )视视野野中中所所含含平平均均晶粒数目晶粒数目; ;n: n: 实际上每实际上每1mm1mm2 2试样面积中的平均晶粒数目。试样面积中的平均晶粒
9、数目。 奥氏体晶粒评定标准标准实验条件: 93010/38h2-34Chapter 2: Formation of Austenite in Steels本质粗晶粒度钢本质粗晶粒度钢本质细晶粒度钢本质细晶粒度钢2-35Chapter 2: Formation of Austenite in Steels正常长大？正常长大？异常长大？异常长大？(2)奥氏体晶粒长大(现象)2-36Chapter 2: Formation of Austenite in Steels(3)奥氏体晶粒长大(机理)abc120120晶粒长大驱动力(界面能降低) :F驱=2/R 理想界面形态理想界面形态:界面平直界面平直
10、,界面间夹角界面间夹角120晶粒长大方式：大吃小晶粒长大方式：大吃小晶粒大小均匀一致时稳定的二维晶粒大小均匀一致时稳定的二维结构结构Chapter 2: Formation of Austenite in Steels38(4)奥氏体晶粒长大(过程)Chapter 2: Formation of Austenite in Steels392-39Chapter 2: Formation of Austenite in Steels晶粒长大阻力晶粒长大阻力第二相质点的钉扎作用第二相质点的钉扎作用 F阻阻=3f/2r 界界面面rr-粒子半径粒子半径, f 粒子数粒子数, -比界面能比界面能第二相质点越细小，分散，总阻力2-41Chapter 2: Formation of Austenite in Steels 1)工艺措施(p68) 2)粗大奥氏体晶粒的遗传及阻断缺陷：组织遗传过热的钢，再次正常加热后，A仍保留原来粗大晶粒，原来取向和晶界的现象。相遗传母相中的晶体缺陷和不均匀性被新相继承。消除(关键是破坏新旧相之间的取向关系)避免由不平衡相直接加热形成奥氏体；避免以非扩散方式形成奥氏体；多次加热破坏原有的晶体取向。(6)奥氏体晶粒长大(控制方法)
