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奧氏體的形成機制
來源:
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作者:鼎言熱處理
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發(fā)布時間: 2019-11-28
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奧氏體的形成機制
以共析成分的珠光體為例,討論珠光體→奧氏體轉(zhuǎn)變機制。珠光體由滲碳體和鐵素體組成,當加熱至A以上溫度時,將轉(zhuǎn)變成單相奧民體,即：
研究證明,奧氏體通過形核和長大過程形成。奧氏體晶核通常形成于鐵素體與滲碳體的交界面。珠光體因邊界以及珠光體與先共析鐵素體之間的界面均是奧氏體形核的優(yōu)先部位在亞共析鋼中,過熱度較小時,奧氏體核優(yōu)先在珠光體內(nèi)邊界、鐵素體/珠光體界面形成[圖2-29(a)、圖230];過熱度大時,奧氏體也可以在片狀珠光體團內(nèi)部鐵素體/滲碳體界面形核[圖2-29(b)]。
在快速加熱時因為相變過熱度大,奧氏體臨界晶核半徑小,奧氏體成分范圍大,故奧氏體核也可以在鐵素體內(nèi)的亞晶界上形成。
奧氏體晶核的長大
奧氏體晶核在鐵素體與滲碳體相界面上形成后,將同時出現(xiàn)yFe和yFe3C相界面。奧氏體的長大過程也就是這兩個相界面向鐵素體和滲透體中推進的過程。若奧氏體晶核在Aa以上的某溫度T1形成,且設(shè)與滲碳體及鐵素體的界面為平直界面[圖2-31(a)],則相界面處各相的碳濃度可由FeFe3C相圖確定[圖2-31(b)]。圖中,Cay為與奧氏體相接觸的鐵素體的C濃度,Cac為與滲碳體相接觸的鐵素體的C濃度,為與鐵素體相接觸的奧氏體的C濃度,C2C為與滲碳體相接觸的奧氏體的C濃度,Ccy為與奧氏體接觸的滲碳體的C濃度(6.67‰)。
由圖2-31(b)可見,Cyc>C2a,因此在奧氏體內(nèi)出現(xiàn)碳濃度梯度,C從高濃度的奧氏體/滲碳體界面向低濃度的奧氏體/鐵素體界面擴散,使C濃度梯度降低[圖2-31(a)中的虛線],結(jié)果破壞了相界面的平衡。為恢復(fù)平衡,必然導(dǎo)致滲碳體溶入奧氏體中,以使?jié)B碳體/奧氏體界面處C濃度恢復(fù)至CC。與此同時,在奧氏體/鐵素體相界面處,低碳鐵素體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,使界面處奧氏體的C濃度降低到Cxa。通過奧氏體的相界面同時向滲碳體和鐵素體中推移,奧氏體不斷長大。C在奧氏體中擴散的同時,也在鐵素體中擴散[圖30真空熱處理 2-31(a)]。這種擴散同樣也促進奧氏體的長大,但作用甚微。
滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化
如上所述,奧氏體晶核形成后將不斷向a鐵素體和Fe3C長大,但長大速度不同,通常向Fe3C中長大的速度較低。因此在鐵素體全部消失后將殘留一部分Fe3C,同時在奧氏體中還存在碳的不均勻性。隨著保溫時間的延長,殘留的Fe2C將繼續(xù)溶入奧氏體。Fe3C溶解結(jié)束時,奧氏體中仍存在C的不均勻性,需要繼續(xù)通過擴散過程才能消除,稱為奧氏體的均勻化。
以共析成分的珠光體為例,討論珠光體→奧氏體轉(zhuǎn)變機制。珠光體由滲碳體和鐵素體組成,當加熱至A以上溫度時,將轉(zhuǎn)變成單相奧民體,即：
鐵素體為體心立方點陣,滲碳體為復(fù)雜斜方點陣,奧氏體為面心立方點陣,三者點陣結(jié)構(gòu)相差很大,且碳含量也不一樣。因此,奧氏體的形成是由點陣結(jié)構(gòu)和碳含量不同的兩個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N點陣及碳含量的新相的過程,其中包括碳通過擴散的重新分布和a—Y的點陣重構(gòu)。轉(zhuǎn)變的全過程可分為四個階段:奧氏體晶核的形成、奧氏體晶核的長大、滲碳體的溶解和奧氏體成分的均勻化。
奧氏體晶核的形成研究證明,奧氏體通過形核和長大過程形成。奧氏體晶核通常形成于鐵素體與滲碳體的交界面。珠光體因邊界以及珠光體與先共析鐵素體之間的界面均是奧氏體形核的優(yōu)先部位在亞共析鋼中,過熱度較小時,奧氏體核優(yōu)先在珠光體內(nèi)邊界、鐵素體/珠光體界面形成[圖2-29(a)、圖230];過熱度大時,奧氏體也可以在片狀珠光體團內(nèi)部鐵素體/滲碳體界面形核[圖2-29(b)]。
在快速加熱時因為相變過熱度大,奧氏體臨界晶核半徑小,奧氏體成分范圍大,故奧氏體核也可以在鐵素體內(nèi)的亞晶界上形成。
奧氏體晶核的長大
奧氏體晶核在鐵素體與滲碳體相界面上形成后,將同時出現(xiàn)yFe和yFe3C相界面。奧氏體的長大過程也就是這兩個相界面向鐵素體和滲透體中推進的過程。若奧氏體晶核在Aa以上的某溫度T1形成,且設(shè)與滲碳體及鐵素體的界面為平直界面[圖2-31(a)],則相界面處各相的碳濃度可由FeFe3C相圖確定[圖2-31(b)]。圖中,Cay為與奧氏體相接觸的鐵素體的C濃度,Cac為與滲碳體相接觸的鐵素體的C濃度,為與鐵素體相接觸的奧氏體的C濃度,C2C為與滲碳體相接觸的奧氏體的C濃度,Ccy為與奧氏體接觸的滲碳體的C濃度(6.67‰)。
滲碳體的溶解和奧氏體的均勻化
如上所述,奧氏體晶核形成后將不斷向a鐵素體和Fe3C長大,但長大速度不同,通常向Fe3C中長大的速度較低。因此在鐵素體全部消失后將殘留一部分Fe3C,同時在奧氏體中還存在碳的不均勻性。隨著保溫時間的延長,殘留的Fe2C將繼續(xù)溶入奧氏體。Fe3C溶解結(jié)束時,奧氏體中仍存在C的不均勻性,需要繼續(xù)通過擴散過程才能消除,稱為奧氏體的均勻化。
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