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(chēng):austenite
晶體結(jié)構(gòu):面心立方(fcc)
字母代號(hào):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(guó)冶金學(xué)家羅伯茨-奧斯汀(1843~1902)對(duì)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(shí),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(shí)其溶碳量為0.77%。
性能特點(diǎn):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(jiàn)的18-8型不銹鋼)的方法之一就是用磁鐵來(lái)看刀具是否具有磁性。
古代鐵匠打鐵時(shí)燒紅的鐵塊即處于奧氏體狀態(tài)。
另外,奧氏體因?yàn)槭敲嫘牧⒎剑嗣骟w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(wú)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(chēng)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(wú)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(xiàn)膨脹系數(shù)比鐵素體和滲碳體的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)高出約一倍。故也可被用來(lái)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(guò)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(diǎn)陣是一種最密排的點(diǎn)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(zhǎng)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(shí)間越長(zhǎng)。
3. 合金元素
鈷、鎳等加快奧氏體化過(guò)程;
鉻、鉬、釩等減慢奧氏體化過(guò)程;
硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過(guò)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(shí)間更長(zhǎng)。
4. 原始組織
原始組織中滲碳體為片狀時(shí)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(shí)奧氏體晶粒中碳濃度梯度也大,所以長(zhǎng)大速度更快。
B、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素:
1. 加熱溫度和保溫時(shí)間
隨加熱溫度升高晶粒將逐漸長(zhǎng)大。溫度愈高,或在一定溫度下,保溫時(shí)間越長(zhǎng),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(zhǎng)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?yàn)樘蓟铩⒀趸锖偷飶浬⒎植荚诰Ы缟希茏璧K晶粒長(zhǎng)大。
錳和磷促進(jìn)晶粒長(zhǎng)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(zhǎng)大傾向增加,但C%超過(guò)一定量時(shí),由于形成Fe3CⅡ,阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大;
合金元素影響:強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔點(diǎn)較高,它們彌散分布在奧氏體中阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大;非碳化物形成元素Si、Ni等對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)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(shí)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(guò)一段時(shí)間加熱或保溫,晶粒將長(zhǎng)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(diǎn)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(shí),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(diǎn)。假如每一個(gè)八面體的中心各容納一個(gè)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(shí)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?cè)酱螅Ц駥⒉环€(wěn)定,因此不是所有的八面體間隙中心都能溶入一個(gè)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(diǎn)陣發(fā)生均勻?qū)Φ鹊呐蛎洠c(diǎn)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(wú)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(cuò)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(píng)級(jí)圖金相圖譜
1級(jí)淬火,HRC62
2級(jí)淬火,HRC60
3級(jí)淬火,HRC58
4級(jí)淬火,HRC50
5級(jí)淬火,HRC40
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