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标准与技术

珠光体向奥氏体的转变机制

发布时间:2018-02-07   来源:易紧通整理  

  以共析钢为例,讨论珠光体向奥氏体转变的机制。共析钢在室温下的组织为珠光体(渗碳体和铁素体的混合物)组成,当加热至Ac1以上温度时,珠光体将转变为单相奥氏体(0.77%C)。其中铁素体为体心立方点阵,渗碳体为复杂点阵,奥氏体为面心立方点阵,三者点阵结构相差很大。因此,奥氏体形成过程是由含碳量和点阵结构不同的两个相转变为另一种点阵的均匀相,它包括C的扩散重新分布和α→γ的点阵重构。

  与通常的相变过程相似,奥氏体的形成也是通过成核和晶核长大进行的。成核位置一般在铁素体和渗碳体的两相界面上,并遵循固态相变的普遍规律。珠光体群边界也可以成为奥氏体成核部位。在快速加热时,因为相变过热度大,奥氏体临界晶校半径小,并且相变所需的浓度起伏小,这时也可以在铁素体的边界上成核。

  奥氏体晶核长大

  当奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上成核之后,便同时形成了γ→α和γ→γFe3C两个相界面。奥氏体长大过程即为这两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中推移的过程。假设奥氏体在Ac1以上某一温度T1成棱,与渗碳体及铁索体相接触的相界面为平直的,见图2-7(a),则相界面处各相C的浓度由Fe-Fe3C相图确定,见图2-7(b)。


图2-7共析钢奥氏体晶核长大示意图

  图中Cα-γ为与奥氏体相接触的铁素体的C浓度,Cα-c为与渗碳体相接触的铁素体的C浓度,Cγ-α为与铁素体相接触的奥氏体的C浓度,Cγ-c为与渗碳体相接触的奥氏体的C浓度,Cc-γ代表和奥氏体相接触的渗碳体的C浓度。

  由图2-7(b)中可见,奥氏体两个相界面之间的C浓度不等,Cγ-c>Cγ-α,因此在奥氏体内存在c的浓度差,使C从高浓度的奥氏体一渗碳体相界面向低浓度的奥氏体铁素体相界面扩散,结果破坏了在该温度下相界面的平衡浓度,同时奥氏体内C的浓度梯度趋于减小,见图2-7(b)中虚线。为了维持相界面处C浓度的平衡,渗碳体将不断溶入奥氏体中,并使渗碳体一奥氏体相界面处奥氏体的C浓度恢复至Cγ-c。同时,在奥氏体—铁素体相界面处,铁素体将转变为奥氏体,以使界面处奥氏体的C浓度降低到Cγα。这样就使奥氏体的相界面同时向渗碳体和铁素体中推移,于是奥氏体晶核不断长大。

  在奥氏体中C扩散的同时,铁素体中也存在着C的扩散,见图2-7(a)。这种扩散也有促进奥氏体长大的作用,但因其C的浓度差小,作用甚微。

  通过以上分析可知,奥氏体中存在C的浓度差是奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上成核的必然结果,这种浓度差成为相界面推移的动力,界面推移的结果是Fe3c不断溶解,a相逐渐转变为γ相。在Fe3C全部溶解、a相全部转变为γ相之后,奥氏体中C的浓度分布仍然是不均匀的,尚需通过扩散才能使奥氏体均匀化。奥氏体的形成过程可以分为四个阶段:奥氏体成核;奥氏体晶核向a及Fe3C两个方向长大;剩余碳化物的溶解;奥氏体成分的均匀化。

  此外,关于奥氏体的成核机制还有无扩散成核理论。该理论认为,珠光体转变为奥氏体时,奥氏体晶核是由铁素体以无扩散方式转变而来的,开始形成奥氏体的温度不受加热速度的影响,但是成核以后的长大过程及渗碳体的溶解和奥氏体均匀化,都需通过扩散来完成。有些研究结聚指出,在共析钢中,当加热速度小于10^4℃/s时,珠光体向奥氏体的转变是属于扩散型的;而当加热速度大于10^5℃/s时,由于奥氏体的扩散成核和长大速度落后于加热速度,铁素体多以无扩散方式转变为奥氏体。
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