什么是奥氏体?奥氏体金相组织图谱

奥氏体是碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体,仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直,呈规则多边形;淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处

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奥氏体是碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体,仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直,呈规则多边形;淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处。

英文名称:austenite

晶体结构:面心立方(fcc)

字母代号:A、γ

定 义:碳及各种化学元素在γ-Fe中形成的固溶体

命 名:为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(1843~1902)对金属科学中的贡献而命名。

微观表述:γ-Fe为面心立方晶体,其最大空隙为0.51×10-8cm,略小于碳原子半径,因而它的溶碳能力比α-Fe大,在1148℃时,γ-Fe最大溶碳量为2.11%,随着温度下降,溶碳能力逐渐减小,在727℃时其溶碳量为0.77%。

性能特点:奥氏体是一种塑性很好,强度较低的固溶体,具有一定韧性。不具有铁磁性。因此,分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18-8型不锈钢)的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。

古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。

另外,奥氏体因为是面心立方,八面体间隙较大,可以容纳更多的碳。

产生原因

碳溶解在γ铁中形成的一种间隙固溶体,呈面心立方结构,无磁性。奥氏体是一般钢在高温下的组织,其存在有一定的温度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温,这种奥氏体称残留奥氏体。在合金钢中除碳之外,其他合金元素也可溶于奥氏体中,并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。例如,加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下,使钢在室温下保持奥氏体组织,即所谓奥氏体钢。

 

钢中特性

1、磁性:具有顺磁性,故可作为无磁钢。

2、比容:在钢的各种组织中,奥氏体的比容最小。

3、膨胀:奥氏体的线膨胀系数比铁素体渗碳体的平均线膨胀系数高出约一倍。故也可被用来制作要求膨胀灵敏的元件。

4、导热性:渗碳体外,奥氏体的导热性最差。为避免热应力引起的工件变形,不可采用过大的加热速度加热。

5、力学性能:具有较高的塑性、低的屈服强度,容易塑性变形加工成型。

面心立方点阵是一种最密排的点阵结构,致密度高,其中铁原子的自扩散激活能大,扩散系数小,从而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢。

奥氏体的硬度一般是170~220HBS,延长率为40%~50%。

 

影响因素

A、影响奥氏体转变速度的因素:

1. 加热温度

随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。

2. 加热速度

加热速度越快,发生转变的温度越高,转变所需的时间越长。

3. 合金元素

钴、镍等加快奥氏体化过程;

铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程;

硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。由于合金元素的扩散速度比碳慢得多,所以合金钢的热处理加热温度一般较高,保温时间更长。

4. 原始组织

原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快,且渗碳体间距越小,转变速度越快,同时奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大,所以长大速度更快。

B、影响奥氏体晶粒长大的因素:

1. 加热温度和保温时间

随加热温度升高晶粒将逐渐长大。温度愈高,或在一定温度下,保温时间越长,奥氏体晶粒也越粗大。

2. 钢的成分

奥氏体中碳含量增高,晶粒长大倾向增大。

钢中加入钛、钒、铌、锆、铝等元素,有利于得到本质细晶粒钢,因为碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上,能阻碍晶粒长大。

锰和磷促进晶粒长大。

3.合金元素

C%的影响:C%高,C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的自扩散速度均增加,奥氏体晶粒长大倾向增加,但C%超过一定量时,由于形成Fe3CⅡ,阻碍奥氏体晶粒长大;

合金元素影响:强碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔点较高,它们弥散分布在奥氏体中阻碍奥氏体晶粒长大;非碳化物形成元素Si、Ni等对奥氏体晶粒长大影响很小。

 

组织形貌

奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成,晶粒内有孪晶。在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小,晶粒边界呈不规则的弧形。经过一段时间加热或保温,晶粒将长大,晶粒边界可趋向平直化。铁碳相图中奥氏体是高温相,存在于临界点A1温度以上,是珠光体逆共析转变而成。当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时,Ni,Mn等,则可使奥氏体稳定在室温,如奥氏体钢。

 

晶体结构

奥氏体为面心立方结构,碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心,及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子,则碳的最大溶解度应为50%(摩尔分数),相当于质量分数约20%。实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%(质量分数),这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm,比碳原子的半径0.086nm小。碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀,产生畸变,溶入越多,畸变越大,晶格将不稳定,因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子,溶解度是有限的。碳原子溶入奥氏体中,使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀,点阵常数随着碳含量的增加而增大。 大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等,在ˠ-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同,有的可无限溶解,有的溶解度甚微。少数元素,如硼仅存在于浸提缺陷处,如晶界、位错等。

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