【技術(shù)交流】-【金相】金相學(xué)基礎(chǔ)--奧氏體
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(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(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?，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(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。
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(shí)間更長。
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(shí)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(shí)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?yàn)樘蓟?、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(shí)，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(diǎn)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(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)過一段時(shí)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(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(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(diǎn)陣發(fā)生均勻?qū)Φ鹊呐蛎?，點(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。
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