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

晶體結構:面心立方(fcc)

字母代號:A、γ

定 義:碳及各種化學元素在γ-Fe中形成的固溶體

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

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。

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,呈面心立方結構,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,并擴大或縮小奧氏體穩定區的溫度和成分范圍。例如,加入錳和鎳能將奧氏體臨界轉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比鐵素體和滲碳體的平均線膨脹系數高出約一倍。故也可被用來制作要求膨脹靈敏的元件。

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

5、力學性能:具有較高的塑性、低的屈服強度,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構,致密度高,其中鐵原子的自擴散激活能大,擴散系數小,從而使其熱強性好。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,發生轉變的溫度越高,轉變所需的時間越長。

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,有利于得到本質細晶粒鋼,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。

錳和磷促進晶粒長大。

3.合金元素

C%的影響:C%高,C在奧氏體中的擴散速度以及Fe的自擴散速度均增加,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,晶粒內有孿晶。在加熱轉變剛剛結束時的奧氏體晶粒比較細小,晶粒邊界呈不規則的弧形。經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,是珠光體逆共析轉變而成。當鋼中加入足夠多的擴大奧氏體相區的化學元素時,Ni,Mn等,則可使奧氏體穩定在室溫,如奧氏體鋼。

晶體結構

奧氏體為面心立方結構,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為50%(摩爾分數),相當于質量分數約20%。實際上碳在奧氏體中的最大溶解度為2.11%(質量分數),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生較大的膨脹,產生畸變,溶入越多,畸變越大,晶格將不穩定,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生均勻對等的膨脹,點陣常數隨著碳含量的增加而增大。 大多數合金元素如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