奧氏體是碳與合金元素溶解在γ-fe中的固溶體,仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比較直,呈規(guī)則多邊形;淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處。

英文名稱:austenite

晶體結(jié)構(gòu):面心立方(fcc)

字母代號:A、γ

定 義:碳及各種化學(xué)元素在γ-Fe中形成的固溶體

命 名:為紀(jì)念英國冶金學(xué)家羅伯茨-奧斯汀(1843～1902)對金屬科學(xué)中的貢獻(xiàn)而命名。

微觀表述:γ-Fe為面心立方晶體,其最大空隙為0.51×10-8cm,略小于碳原子半徑,因而它的溶碳能力比α-Fe大,在1148℃時,γ-Fe最大溶碳量為2.11%,隨著溫度下降,溶碳能力逐漸減小,在727℃時其溶碳量為0.77%。

性能特點:奧氏體是一種塑性很好,強(qiáng)度較低的固溶體,具有一定韌性。不具有鐵磁性。因此,分辨奧氏體不銹鋼刀具(常見的18-8型不銹鋼)的方法之一就是用磁鐵來看刀具是否具有磁性。

古代鐵匠打鐵時燒紅的鐵塊即處于奧氏體狀態(tài)。

另外,奧氏體因為是面心立方,八面體間隙較大,可以容納更多的碳。

產(chǎn)生原因

碳溶解在γ鐵中形成的一種間隙固溶體,呈面心立方結(jié)構(gòu),無磁性。奧氏體是一般鋼在高溫下的組織,其存在有一定的溫度和成分范圍。有些淬火鋼能使部分奧氏體保留到室溫,這種奧氏體稱殘留奧氏體。在合金鋼中除碳之外,其他合金元素也可溶于奧氏體中,并擴(kuò)大或縮小奧氏體穩(wěn)定區(qū)的溫度和成分范圍。例如,加入錳和鎳能將奧氏體臨界轉(zhuǎn)變溫度降至室溫以下,使鋼在室溫下保持奧氏體組織,即所謂奧氏體鋼。

鋼中特性

1、磁性:具有順磁性,故可作為無磁鋼。

2、比容:在鋼的各種組織中,奧氏體的比容最小。

3、膨脹:奧氏體的線膨脹系數(shù)比鐵素體和滲碳體的平均線膨脹系數(shù)高出約一倍。故也可被用來制作要求膨脹靈敏的元件。

4、導(dǎo)熱性:除滲碳體外,奧氏體的導(dǎo)熱性最差。為避免熱應(yīng)力引起的工件變形,不可采用過大的加熱速度加熱。

5、力學(xué)性能:具有較高的塑性、低的屈服強(qiáng)度,容易塑性變形加工成型。

面心立方點陣是一種最密排的點陣結(jié)構(gòu),致密度高,其中鐵原子的自擴(kuò)散激活能大,擴(kuò)散系數(shù)小,從而使其熱強(qiáng)性好。故奧氏體鋼可作為高溫用鋼。

奧氏體的硬度一般是170~220HBS,延長率為40%~50%。

影響因素

A、影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素:

1. 加熱溫度

隨加熱溫度的提高, 奧氏體化速度加快。

2. 加熱速度

加熱速度越快,發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高,轉(zhuǎn)變所需的時間越長。

3. 合金元素

鈷、鎳等加快奧氏體化過程;

鉻、鉬、釩等減慢奧氏體化過程;

硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過程。由于合金元素的擴(kuò)散速度比碳慢得多,所以合金鋼的熱處理加熱溫度一般較高,保溫時間更長。

4. 原始組織

原始組織中滲碳體為片狀時奧氏體形成速度快,且滲碳體間距越小,轉(zhuǎn)變速度越快,同時奧氏體晶粒中碳濃度梯度也大,所以長大速度更快。

B、影響奧氏體晶粒長大的因素:

1. 加熱溫度和保溫時間

隨加熱溫度升高晶粒將逐漸長大。溫度愈高,或在一定溫度下,保溫時間越長,奧氏體晶粒也越粗大。

2. 鋼的成分

奧氏體中碳含量增高,晶粒長大傾向增大。

鋼中加入鈦、釩、鈮、鋯、鋁等元素,有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,因為碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶界上,能阻礙晶粒長大。

錳和磷促進(jìn)晶粒長大。

3.合金元素

C%的影響:C%高,C在奧氏體中的擴(kuò)散速度以及Fe的自擴(kuò)散速度均增加,奧氏體晶粒長大傾向增加,但C%超過一定量時,由于形成Fe3CⅡ,阻礙奧氏體晶粒長大;

合金元素影響:強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔點較高,它們彌散分布在奧氏體中阻礙奧氏體晶粒長大;非碳化物形成元素Si、Ni等對奧氏體晶粒長大影響很小。

組織形貌

奧氏體一般由等軸狀的多邊形晶粒組成,晶粒內(nèi)有孿晶。在加熱轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束時的奧氏體晶粒比較細(xì)小,晶粒邊界呈不規(guī)則的弧形。經(jīng)過一段時間加熱或保溫,晶粒將長大,晶粒邊界可趨向平直化。鐵碳相圖中奧氏體是高溫相,存在于臨界點A1溫度以上,是珠光體逆共析轉(zhuǎn)變而成。當(dāng)鋼中加入足夠多的擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的化學(xué)元素時,Ni,Mn等,則可使奧氏體穩(wěn)定在室溫,如奧氏體鋼。

晶體結(jié)構(gòu)

奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu),碳氮等間隙原子均位于奧氏體晶胞八面體間隙中心,及面心立方晶胞的中心和棱邊的中點。假如每一個八面體的中心各容納一個碳原子,則碳的最大溶解度應(yīng)為50%(摩爾分?jǐn)?shù)),相當(dāng)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%。實際上碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),這是由于?-Fe的八面體間隙的半徑僅為0.052nm,比碳原子的半徑0.086nm小。碳原子溶入將使八面體發(fā)生較大的膨脹,產(chǎn)生畸變,溶入越多,畸變越大,晶格將不穩(wěn)定,因此不是所有的八面體間隙中心都能溶入一個碳原子,溶解度是有限的。碳原子溶入奧氏體中,使奧氏體晶格點陣發(fā)生均勻?qū)Φ鹊呐蛎?點陣常數(shù)隨著碳含量的增加而增大。 大多數(shù)合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等,在?-Fe中取代Fe原子的位置而形成置換固溶體。替換原子在奧氏體中的溶解度各不相同,有的可無限溶解,有的溶解度甚微。少數(shù)元素,如硼僅存在于浸提缺陷處,如晶界、位錯等。

奧氏體是碳與合金元素溶解在γ-fe中的固溶體,仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比較直,呈規(guī)則多邊形;淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處。

奧氏體金相組織圖譜

淬火殘留奧氏體評級圖金相圖譜

1級淬火,HRC62

2級淬火,HRC60

3級淬火,HRC58

4級淬火,HRC50

5級淬火,HRC40