钢在加热时的转变及奥氏体的形成过程的步骤

钢在加热和冷却时，其内部组织和晶体结构发生了变化，因此改变了钢的性能，故热处理成为一种充分发挥金属材料潜在性能的极为有效的工艺。热处理的目的是为了获得所期望的组织和性能。热处理由加热、保温和冷却三个阶段组成，探讨加热和冷却时组织变化的规律即热处理原理。
钢在加热时的转变
将钢加热到超过临界点(Ac1或AC3)以上时（见下图），使钢全部转变为奥氏体，然后以不同方式进行冷却转变，可得到不同的组织。奥氏体是钢的组织转变的基本条件，奧氏体的形成是结晶过程，符合生核和长大的规律，其原子移动在固态下进行，故需更多的能量和时间。奥氏体为碳溶人γ-Fe中的固溶体，为多边形等轴晶粒。奥氏体的形成过程有四个步骤，下面以共析钢为例说明。
 
1.奥氏体的形成和长大
(1)奥氏体晶核的形成
组成珠光体的铁素体和渗碳体相界处优先形成奥氏体的晶核，此处扩散速度大，成分很不均匀，而原子的排列不太规则，其过冷度越大则界面处晶核形成越多。
(2)奥氏体的长大
图1-1  Fe-Fe3 C相图
在二者晶界处形成的晶核与相邻的铁素体和渗碳体存在碳的浓度差，产生的碳原子进行扩散和铁原子的位移，使奥氏体的晶核逐渐长大，形成新的相界面，其长大为不连续的，新的晶核出现并长大，直到全部珠光体转变结束为止。
(3)残余渗碳体的溶解
于渗碳体的转变速度比铁素体慢，因此奥氏体中存在残余渗碳体，随着时间的延长逐渐溶解于奥氏体中。
(4)奥氏体成分的均匀化
残余渗碳体在奥氏体中溶解后，成分并不均匀，即原渗碳体和原铁素体的碳浓度差异很大，经长时间碳原子扩散后，才使奥氏体成分均匀化。因此，为获得均匀成分的奥氏体。热处理保温时间要充分，以确保钢在冷却后得到均匀的组织和良好的性能。
另外影响奥氏体的形成因素有钢的原始组织、化学成分和加热条件等。
2．奥氏体的晶粒度
将钢加热到相变点以上某一温度并保温一定时间得到的奥氏体的大小称为“晶粒度”。由于钢的成分和加热条件的不同，可得到大小不等的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒共分8级，其中1一3级为粗晶粒，4-6级为中等品粒，7-8级为细晶粒。具体晶粒度等级见下图，
 
奥氏体晶粒度又可分为实际晶粒度、起始晶粒度和本质晶粒度三种。钢的晶粒度的大小直接影响到热处理后的钢的性能，而不同钢种在加热时晶粒长大的倾向也不一样，我们把钢在920一940℃加热、保温足够时间(3-  5h)后测得钢的晶粒大小，称为本质晶粒度。它比较真实地反映了奧氏体晶粒长大的倾向大小，通常采用本质晶粒度来表示钢的奥氏体晶粒度。在热处理生产过程中，希望得到细的晶粒，在冷却后组织的转变产物也会细化，钢在常温下具有良好的力学性能（硬度、强度、韧性和塑性等）。
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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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