绪论
一、本课程的任务及在工业生产中的地位
任务：研究固态相变的规律性，研究金属或合金热处理组织与性能之间的关系以及热处理理论在工业生产中和应用。
地位：(1)工业生产领域：工业生产中不可缺少的技术，是提高产品质量和寿命的关键工序，是发挥材料潜力、达到机械零部件轻量化的主要手段。(2)材料研究领域：研制和开发新材料。
列举工业生产切削刀具实例，提出“服役条件”     使用性能      组织结构      化学成分(材料)
二、金属热处理的发展概况
中国：古代高水平。春秋战国~明清以前：从出土文物可见。
近代落后。明清~新中国以前：统治者闭关锁国。
现代奋起直追。新中国以前~至今：总体上和发达国家比仍有一定差距。具体表现在(1)科研：个别研究处于世界领先水平，总体研究水平相对落后；(2)生产：工业生产自动化程度不高，能耗较大，特别是技术设备和装备相对落后。
世界范围：十九世纪以前：民间技艺阶段
          十九世纪后期：实验技术和科学阶段
          现代：理论科学阶段：X-ray、SEM、TEM等检测手段的提高和应用，极大地促进了材料科学研究和应用的进一步发展。
固态相变以马氏体相变为核心，围绕马氏体相变展开研究工作，材料工作者经历了一个多世纪的研究，取得了丰硕的研究成果，并用这些成果指导实践，取得了巨大的经济效益。值得指出的是，马氏体相变的研究工作也存在一些未知问题需要继续深入探索。马氏体相变的研究经历以下几个阶段：
(1)1878年德国Martens首次采用光学显微镜观察到淬火钢的针状组织；
(2)1895年法国Osmond将钢淬火后的相命名为马氏体；
(3)1926~1927年X-ray衍射确定钢中马氏体为体心正方结构
(4)近代马氏体相变的研究领域扩大，由金属或合金扩展到无机非金属和高分子材料，马氏体定义(命名)也存在诸多争论。
三、本课程的学习内容
学习内容共分六章。按照教学大纲接续上部分(金属学部分)内容排序为：
第九章：金属在加热过程中的相变——奥氏体相变；
第十章：金属在冷却过程中的转变图；
第十一章：珠光体相变；
第十二章：马氏体相变；
第十三章：贝氏体相变；
第十四章：钢在回火过程中的转变。
第九章：金属加热过程中的相变—奥氏体相变
概述：热处理工艺一般由加热、保温和冷却三个阶段组成，其目的是为了改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。
除回火、少数去应力退火，热处理一般均需要加热到临界点以上温度使钢部分或全部形成奥氏体，经过适当的冷却使奥氏体转变为所需要的组织，从而获得所需要的性能。
奥氏体晶粒大小、形状、空间取向以及亚结构，奥氏体化学成分以及均匀性将直接影响转变、转变产物以及材料性能。
奥氏体晶粒的长大直接影响材料的力学性能特别是冲击韧性。
综上所述，研究奥氏体相变具有十分重要的意义。
本章重点：奥氏体的结构、奥氏体的形成机制以及影响奥氏体等温形成的动力学因素。
本章难点：奥氏体形成机制，特别是奥氏体形成瞬间内部成分不均匀的几个C%点，即C1、C2、C3和C4。
§9-1 奥氏体的组织结构和性能
一、奥氏体的结构：
定义：C溶于γ–Fe形成的间隙式固溶体。
1.C原子位于γ–Fe点阵的中心和棱边的中点(八面体间隙处)；
2.C原子进入γ–Fe点阵间隙位置引起；γ–Fe点阵等称膨胀；C%增加，奥氏体点阵常数增大，但奥氏体的最大溶C量(溶解度)为2.11%
3.C原子在奥氏体中分布是不均匀的，存在浓度起伏；
4.合金元素原子(Mn、Si、Cr、Ni等)溶入奥氏体中取代Fe原子的位置，形成置换式固溶体，称合金奥氏体。
二、奥氏体的组织：
                                         (1)原始组织有关
奥氏体组织通常为等轴状多边形晶粒，这与  (2)加热速度有关
(3)转变程度有关
不平衡加热奥氏体晶粒呈针状或球状(只作为了解内容)。
三、奥氏体的性能
1.机械性能：(1)屈服强度、硬度低   
(2)塑性、韧性高；                      
2.物理性能：(1)比容最小；(2)导热性差；(3)线膨胀系数大；(4)顺磁性。
3.应用：(1)变形加工成型；(2)奥氏体不锈钢耐蚀性；(3)膨胀仪表灵敏元件。
§9-2 奥氏体的形成
一、热力学条件
ΔG=Gγ－Gp＜0
                  (1)Ac1和Ar1
引出临界点概念：  (2)Ac3和Ar3
                  (3)ACcm和Arcm
二、奥氏体的形核
以共析钢为例，讨论钢中奥氏体形成。
奥氏体晶核主要在F和Fe3C的相界面
形核，其次在珠光体团界、F亚结构(嵌镶块)
界面形核。这样能满足：(1)能量起伏；(2)结构起伏；(3)成分起伏三个条件。
三、奥氏体的长大
    α   +    Fe3C         γ
晶体结构：体心立方 复杂斜方   面心立方
含碳量：  0.0218%   6.67%      0.77%
奥氏体长大过程是依靠原子扩散完成的，
原子扩散包括(1)Fe原子自扩散完成晶格改组；
(2)C原子扩散使奥氏体晶核向α相和Fe3C相
两侧推移并长大。
1.C原子扩散：一旦奥氏体晶核出现，则在奥氏体内部的C%分布就不均匀，由从图1-3可见：
C1—与Fe3C相接的奥氏体的C%；
C2—与F相接的奥氏体的C%；
C3—与Fe3C相接的F的C%；
C4—与奥氏体相接的F的C%；
从图1-3可以看出，在T1温度下由于C1、C2、C3、C4不同导致奥氏体晶核形成时，C原子扩散，如图1-4，扩散的结果破坏了T1温度下C%的浓度平衡，迫使与奥氏体相接的F和Fe3C溶解恢复T1温度下C%的浓度平衡，如此历经“破坏平衡”——“建立平衡”的反复，奥氏体晶核长大。
2.奥氏体晶格改组：(1)一般认为，平衡加热过热度很小时，通过Fe原子自扩散完成晶格改组。(2)也有人认为，当过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
3.奥氏体晶核的长大速度：奥氏体晶核向F和Fe3C两侧的推移速度是不同的。根据公式：
式中，K—常数；—C在奥氏体中的扩散系数；—相界面处奥氏体中C的浓度梯度；—相界面浓度差；“-”表示下坡(高浓度向低浓度处)扩散。向F一侧的推移速度与向Fe3C一侧的推移速度之比：
780℃时，。表明相界面向F一侧的推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍，但是通常片状珠光体的F片厚度比Fe3C片厚度大7倍，所以奥氏体等温形成时，总是F先消失，Fe3C剩余。
四、残余Fe3C和奥氏体均匀化
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚未溶解，这些Fe3C被称为残余Fe3C。另外在原来Fe3C的部位，C%较高，而原来F部位C%较低，必须经过适当的
保温后，奥氏体中的C%才能趋于均匀。
综上，奥氏体形成分四个阶段：奥氏体形核；核长大；残余Fe3C溶解；奥氏体均匀化，其示意图见图1-5。
五、非共析钢的奥氏体化过程
和共析钢的奥氏体化对比，非共析钢的奥氏体化过程分两步进行，首先完成P→A，这与共析钢相同；然后是先析相的奥氏体化过程。这些都是靠原子扩散实现的。值
金属学与热处理教案-哈尔滨工业大学_.doc