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奧氏體是怎樣形成的?

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將共析鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上,發(fā)生共析反應,珠光體就轉變?yōu)閵W氏體,即P→A或F+Fe3C→A。

在這個(gè)轉變過(guò)程中,由于各相的碳含量不同,晶格類(lèi)型不同,所以面臨著(zhù)碳的重新分布和晶格類(lèi)型的重建兩個(gè)問(wèn)題。

首先,鐵素體中碳的質(zhì)量分數極低,最大不超過(guò)0.0218%,而滲碳體中碳的質(zhì)量分數卻高達6.67%,當這兩個(gè)碳濃度相差極大的相溶合在一起成為一個(gè)相的時(shí)候,碳濃度必然有一個(gè)均勻化的過(guò)程。

其次,奧氏體、鐵素體及滲碳體的晶格類(lèi)型不同,鐵素體為體心立方晶格,奧氏體為面心立方晶格,而滲碳體為復雜斜方結構,在奧氏體形成過(guò)程中舊的晶格必然要被新的晶格所代替。

奧氏體形成的過(guò)程與其他相變過(guò)程一樣,同樣遵循成核和長(cháng)大這一普遍規律。

奧氏體的形成過(guò)程可以分為奧氏體成核、奧氏體晶核長(cháng)大、未溶滲碳體溶解和奧氏體均勻化四個(gè)階段,見(jiàn)圖1。

(1)奧氏體成核

奧氏體的晶核首先在鐵素體和滲碳體的相界面處形成,在這里兩相的成分極不均勻,碳濃度相差懸殊,使擴散容易進(jìn)行。晶格的類(lèi)型也不同,在727℃以上,面心立方晶格的奧氏體比體心立方晶格的珠光體具有較低的自由能,處于奧氏體狀態(tài)更穩定。

奧氏體的行成

共析鋼奧氏體的形成過(guò)程示意圖

a)奧氏體成核  b)奧氏體晶核長(cháng)大  c)未溶滲碳體溶解  d)奧氏體均勻化

(2)奧氏體晶核長(cháng)大

奧氏體晶核形成后,便在舊的相界面上產(chǎn)生了兩個(gè)新的相界面,這就是奧氏體與鐵素體的相界面和奧氏體與滲碳體的相界面。依靠這兩個(gè)新的相界面,原子、晶核不斷地向鐵素體和滲碳體內部推移,一方面通過(guò)能量轉換將鐵素體的體心立方晶格重建為面心立方晶格。另一方面,通過(guò)原子擴散,將滲碳體的碳原子溶入已生成的奧氏體中,晶核不斷長(cháng)大直至各奧氏體晶?;ハ嘟佑|,成為單一的奧氏體相。

(3)未溶滲碳體溶解

在奧氏體形成的過(guò)程中,一方面由于鐵素體和奧氏體為同素異構體,另一方面由于滲碳體的晶體結構與奧氏體有很大的差別,碳含量也比奧氏體高出很多,所以鐵素體向奧氏體的轉變優(yōu)先于滲碳體碳原子向奧氏體擴散。在奧氏體完全形成的初期,仍有部分未完全溶解的滲碳體存在,這些殘留的滲碳體還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能完全溶解。

(4)奧氏體均勻化

殘留滲碳體在奧氏體中完全溶解后,奧氏體中原來(lái)為鐵素體的部分碳含量較低,原來(lái)為滲碳體的部分碳含量則較高,奧氏體的成分并不完全均勻。需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,使碳原子充分地擴散,達到奧氏體的均勻化。

亞共析鋼的室溫組織為鐵素體和珠光體,當加熱到Ac1時(shí),珠光體轉變?yōu)閵W氏體。隨著(zhù)溫度的升高,鐵素體不斷溶于奧氏體中,當溫度升高到Ac3時(shí),鐵素體完全溶解,形成單一的奧氏體。

過(guò)共析鋼的室溫組織為珠光體和二次滲碳體,當加熱溫度達到Ac1時(shí),珠光體轉變?yōu)閵W氏體,隨著(zhù)溫度的不斷升高,二次滲碳體逐漸溶于奧氏體中。當溫度升高到Accm時(shí),二次滲碳體溶解完畢,得到完全的奧氏體。

在實(shí)際應用中,共析鋼和亞共析鋼為了保證鋼完全轉變?yōu)閵W氏體,通常都加熱到Ac1和Ac3以上溫度。過(guò)共析鋼多用于工具、模具等,要求具有高的硬度和耐磨性。而滲碳體正好具有這些特性。為了保留滲碳體,往往不加熱到Accm以上。此外,二次滲碳體完全溶于奧氏體后,會(huì )使晶粒迅速長(cháng)大,或形成網(wǎng)狀滲碳體,還會(huì )使鋼冷卻后的組織粗大,力學(xué)性能變壞,影響使用。保溫時(shí)間的設定,一方面是為了保證在加熱過(guò)程中零件心部和表面的溫度達到一致;另一方面也為了使奧氏體的均勻化進(jìn)行得更為充分,以保證冷卻后所得的組織和性能均勻一致。

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