奥氏体的形成机制
以共析成分的珠光体为例,讨论珠光体→奥氏体转变机制。珠光体由渗碳体和铁素体组成,当加热至A以上温度时,将转变成单相奥民体,即：
铁素体为体心立方点阵,渗碳体为复杂斜方点阵,奥氏体为面心立方点阵,三者点阵结构相差很大,且碳含量也不一样。因此,奥氏体的形成是由点阵结构和碳含量不同的两个相转变为另一种点阵及碳含量的新相的过程,其中包括碳通过扩散的重新分布和a—Y的点阵重构。转变的全过程可分为四个阶段:奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。
奥氏体晶核的形成
研究证明,奥氏体通过形核和长大过程形成。奥氏体晶核通常形成于铁素体与渗碳体的交界面。珠光体因边界以及珠光体与先共析铁素体之间的界面均是奥氏体形核的优先部位在亚共析钢中,过热度较小时,奥氏体核优先在珠光体内边界、铁素体/珠光体界面形成[图2-29(a)、图230];过热度大时,奥氏体也可以在片状珠光体团内部铁素体/渗碳体界面形核[图2-29(b)]。
在快速加热时因为相变过热度大,奥氏体临界晶核半径小,奥氏体成分范围大,故奥氏体核也可以在铁素体内的亚晶界上形成。
奧氏体晶核的长大
奥氏体晶核在铁素体与渗碳体相界面上形成后,将同时出现yFe和yFe3C相界面。奥氏体的长大过程也就是这两个相界面向铁素体和渗透体中推进的过程。若奥氏体晶核在Aa以上的某温度T1形成,且设与渗碳体及铁素体的界面为平直界面[图2-31(a)],则相界面处各相的碳浓度可由FeFe3C相图确定[图2-31(b)]。图中,Cay为与奥氏体相接触的铁素体的C浓度,Cac为与渗碳体相接触的铁素体的C浓度,为与铁素体相接触的奥氏体的C浓度,C2C为与渗碳体相接触的奥氏体的C浓度,Ccy为与奥氏体接触的渗碳体的C浓度(6.67‰)。
由图2-31(b)可见,Cyc>C2a,因此在奥氏体内出现碳浓度梯度,C从高浓度的奥氏体/渗碳体界面向低浓度的奥氏体/铁素体界面扩散,使C浓度梯度降低[图2-31(a)中的虚线],结果破坏了相界面的平衡。为恢复平衡,必然导致渗碳体溶入奥氏体中,以使渗碳体/奥氏体界面处C浓度恢复至CC。与此同时,在奥氏体/铁素体相界面处,低碳铁素体将转变为奥氏体,使界面处奥氏体的C浓度降低到Cxa。通过奥氏体的相界面同时向渗碳体和铁素体中推移,奥氏体不断长大。C在奥氏体中扩散的同时,也在铁素体中扩散[图30真空热处理 2-31(a)]。这种扩散同样也促进奥氏体的长大,但作用甚微。
渗碳体的溶解和奥氏体的均匀化
如上所述,奥氏体晶核形成后将不断向a铁素体和Fe3C长大,但长大速度不同,通常向Fe3C中长大的速度较低。因此在铁素体全部消失后将残留一部分Fe3C,同时在奥氏体中还存在碳的不均匀性。随着保温时间的延长,残留的Fe2C将继续溶入奥氏体。Fe3C溶解结束时,奥氏体中仍存在C的不均匀性,需要继续通过扩散过程才能消除,称为奥氏体的均匀化。
