大多数热处理工艺（如淬火、正火、退火等）都要将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织，并使其成分均匀化，即进行奥氏体化。加热时形成的奥氏体的质量（成分均匀性及晶粒大小等），对冷却转变过程及组织、性能有极大的影响。因此，了解奥氏体化规律是掌握热处理工艺的基础。
一、转变温度
根据Fe-Fe3C相图可知，共析钢、亚共析钢和过共析钢加热时，若想得到完全奥氏体组织，必须分别加热到PSK线（A1）、GS线（A3）和ES线（Accm）以上。实际热处理加热和冷却时的相变是在不完全平衡的条件下进行的，即加热和冷却温度与平衡态有一偏离程度（过热度或过冷度）。通常将加热时的临界温度标为AC1、AC3、Accm；冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm，如图1所示。
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二、 奥氏体化
若加热温度高于相变温度，钢在加热和保温阶段（保温的目的是使钢件里外加热到同一温度），将发生室温组织向A的转变，称奥氏体化。奥氏体化过程也是形核与长大过程，是依靠铁原子和碳原子的扩散来实现的，属于扩散型相变。下面以共析钢为例介绍其奥氏体化过程，亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同，但略有不同。亚共析钢加热到AC1以上时还存在有自由铁素体，这部分铁素体只有继续加热到AC3以上时才能全部转变为奥氏体；过共析钢只有在加热温度高于Accm时才能获得单一的奥氏体组织。
共析钢奥氏体化过程为（如图2所示）：
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1．A晶核的形成：钢加热到AC1以上时，P变得不稳定，F和Fe3C的界面在成分和结构上处于最有利于转变的条件下，首先在这里形成A晶核。
2．A晶核的长大：A晶核形成后，随即也建立起A-F和A-Fe3C的C浓度平衡，并存在一个浓度梯度。在此浓度梯度的作用下，A内发生C原子由Fe3C边界向F边界的扩散，使其同Fe3C和F的两边界上的平衡C浓度遭破坏。为了维持浓度的平衡，C渗碳体必须不断往A中溶解，且F不断转变为A。这样，A晶核便向两边长大了。
3．剩余Fe3C的溶解：在A晶核长大过程中，由于Fe3C溶解提供的C原子远多于同体积F转变为A的需要，所以F比Fe3C先消失，而在A全部形成之后，还残存一定量的未溶Fe3C。它们只能在随后的保温过程中逐渐溶入A中，直至完全消失。
4．A成分的均匀化：Fe3C完全溶解后，A中C浓度的分布并不均匀，原先是Fe3C的地方C浓度较高，原先是F的地方C浓度较低，必须继续保温(保温目的之二)，通过碳的扩散，使A成分均匀化。
三、影响奥氏体化的因素
A的形成速度取决于加热温度和速度、钢的成分、原始组织，即一切影响碳扩散速度的因素。
1．加热温度：随加热温度的提高，碳原子扩散速度增大；同时温度高时GS和ES线间的距离大，A中碳浓度梯度大，所以奥氏体化速度加快。
2．加热速度：在实际热处理条件下，加热速度愈快，过热度愈大。发生转变的温度愈高，转变的温度范围愈宽，完成转变所需的时间就愈短(图3)，因此快速加热（如高频感应加热）时，不用担心转变来不及的问题。
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3．钢中碳含量：碳含量增加时，Fe3C量增多，F和Fe3C的相界面增大，因而A的核心增多，转变速度加快。
4．合金元素：合金元素的加入，不改变A形成的基本过程，但显著影响A的形成速度。
5．原始组织：原始P中的Fe3C有两种形式：片状和粒状。原始组织中Fe3C为片状时A形成速度快，因为它的相界面积较大。并且，Fe3C片间距愈小，相界面愈大，同时A晶粒中C浓度梯度也大，所以长大速度更快。
来自材料科学与工程
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发表于 2015-10-4 17:15
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