关键工程材料学基本概念

1、奥氏体奥氏体 (Austenite)也称为沃斯田铁或y-Fe，是钢铁日勺一种显微组织，一般是y-Fe中固溶 少量碳日勺无磁性固溶体。奥氏体日勺名称是来自英国日勺冶金学家 罗伯茨奥斯汀(William Chandler Roberts-Austen)oYFe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51X108cm(该空隙日勺数据也许有误，跟c原子 不在同一数量级上)，略不不小于碳原子半径，因而它日勺溶碳能力比aFe大，在1148C 时，YFe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727C时其溶碳量 为 0.77%。奥氏体性能特点：奥氏体是一种塑性较好，强度较低勺固溶体，具有一定韧性。

2、不具有铁磁性。因此， 辨别奥氏体不锈钢刀具(常用日勺18 8型不锈钢)日勺措施之一就是用磁铁来看刀具与否具有 磁性。古代铁匠打铁时烧红日勺铁块即处在奥氏体状态。影响奥氏体转变速度勺因素：加热温度随加热温度勺提高，奥氏体化速度加快。加热速度加热速度越快，发生转变日勺温度越高，转变所需日勺时间越短。合金元素钻、镍等加快奥氏体化过程；铬、钼、帆等减慢奥氏体化过程；硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。由于合金元素勺扩散速度比碳慢得多，因此合金钢 日勺热解决加热温度一般较高，保温时间更长。原始组织原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，且渗碳体间距越小，转变速度越快，同 步奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大，因此

3、长大速度更快。影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间随加热温度升高晶粒将逐渐长大。温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长，奥氏体 晶粒也越粗大。钢日勺成分奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。钢中加入钛、帆、铌、锆、铝等元素，有助于得到本质细晶粒钢，由于碳化物、氧化物 和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。锰和磷增进晶粒长大。合金元素C%勺影响：C%高，C在奥氏体中勺扩散速度以及Fe勺自扩散速度均增长，奥氏体晶粒 长大倾向增长，但C%超过一定量时，由于形成Fe3C口，阻碍奥氏体晶粒长大；合金元素影响：强碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔点较高，它们弥散分布在奥 氏体中阻碍奥氏体

4、晶粒长大；非碳化物形成元素Si、Ni等对奥氏体晶粒长大影响很小。Y-Fe：温度在912C1394C勺纯铁，晶格类型是面心立方aFe，Y-Fe，6-Fe都是纯铁，只是晶格类型不同，这种现象称为同素异构。Y-Fe是面心立方晶格,而a-Fe是体心立方晶格,由于面心比体心排列紧密,因此由前者转化为 后者时，体积要膨胀.纯铁在室温下是体心立方构造，称为a-Fe。将纯铁加热，当温度达到 910C时，由a-Fe转变为Y-Fe，Y-Fe是面心立方构造。继续升高温度，达到1390C时，Y-Fe 转变为6-Fe，它勺构造与a-Fe同样，是体心立方构造。纯铁随着温度增长，由一种构造转 变为另一种构造，这种现象称为相

5、变。面心立方构造除顶角上有原子外，在晶胞立方体六个面勺中心处尚有6个原子，故称为面心 立方。体心立方构造八个原子处在立方体日勺角上，一种原子处在立方体日勺中心，角上八个原子与中奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C 约0.1%时，具有稳定勺奥氏体组织。奥氏体铭镍不锈钢涉及出名勺18Cr-8Ni钢和在此基本 上增长Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来日勺高Cr-Ni系列钢。奥氏体 不锈钢无磁性并且具有高韧性和塑性，但强度较低，不也许通过相变使之强化，仅能通过冷 加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好

6、日勺易切削性。铁素体铁素体（ferrite，缩写：FN，用F表达）即碳在a-Fe中日勺间隙固溶体，具有体心立方晶格。称 为铁素体或a固溶体，用a或F表达，a常用在相图标注中，F在行文中常用。亚共析成分 勺奥氏体通过先共析析出形成铁素体。铁素体物理性质:纯铁在912C如下为具有体心立方晶格。碳溶于a-Fe中日勺间隙固溶体称为铁素体，以符号F 表达。由于a-Fe是体心立方晶格构造，它勺晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727C时 溶碳量最大，可达0.0218%，随着温度勺下降溶碳量逐渐减小，在600 C时溶碳量约为0.0057%，在室温时溶碳量约为0.0008%。因此其性能几乎和纯铁相似，其机械性

7、能如下： 抗拉强度180-280MN/平方米屈服强度100-170MN/平方米延伸率30-50%断面收缩率70-80%冲击韧性160-200J/平方厘米硬度 HB 50-80由此可见，铁素体勺强度、硬度不高，但具有良好勺塑性与韧性。铁素体勺显微组织与纯铁相似，呈明亮勺多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐 蚀限度略有差别，因而稍显明暗不同。铁素体在770C如下具有铁磁性，在770C以上则失去铁磁性。（铁素体勺居里点为770C）马氏体马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种状况下奥氏体中固溶勺碳原子没有时间扩散出 晶胞。当奥氏体达到马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组

8、织开 始不稳定。在Ms如下某温度保持不变时，少部分勺奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只 有当温度进一步减少，更多勺奥氏体才转变为马氏体。最后，温度达到马氏体转变结束温度 Mf，马氏体转变结束。马氏体还可以在压力作用下形成，这种措施一般用在硬化陶瓷上（氧 化钇、氧化锆）和特殊勺钢种（高强度、高延展性勺钢）。因此，马氏体转变可以通过热量 和压力两种措施进行。马氏体和奥氏体勺不同在于，马氏体是体心正方构造，奥氏体是面心立方构造。奥氏体向马 氏体转变仅需很少日勺能量，由于这种转变是无扩散位移型日勺，仅仅是迅速和微小日勺原子重排。 马氏体日勺密度低于奥氏体，因此转变后体积会膨胀。相对于转变带来日勺体积变

9、化，这种变化 引起勺切应力、拉应力更需要注重。马氏体在Fe-C相图中没有浮现，由于它不是一种平衡组织。平衡组织勺形成需要很慢日勺冷 却速度和足够时间勺扩散，而马氏体是在非常快日勺冷却速度下形成日勺。由于化学反映（向平 衡态转变）温度高时会加快，马氏体在加热状况下很容易分解。这个过程叫做回火。在某些 合金中，加入合金元素会减少这种马氏体分解。例如，加入合金元素钨，形成碳化物强化机 体。由于淬火过程难以控制，诸多淬火工艺通过淬火后获得过量日勺马氏体，然后通过回火去 减少马氏体含量，直到获得合适勺组织，从而达到性能规定。马氏体太多将使钢变脆，马氏 体太少会使钢变软。性能众所周知，马氏体是强化钢件日勺

10、重要手段，并且一般觉得，马氏体是一种硬而脆日勺组织，特 别是高碳片状马氏体。要想提高淬火钢勺塑性和韧性，必须用提高回火温度勺措施，牺牲部 分强度而换取韧性，就是说强度和塑性很难兼得。但是近年来日勺研究工作表白，这种观点只 是合用于片状马氏体，而板条状马氏体不是这样，板条状马氏体不仅具有很高日勺强度并且具 有良好日勺塑性和韧性，同步还具有低勺脆性转变温度，其缺口敏感性和过载敏感性都较低。 马氏体勺硬度和强度钢中马氏体机械性能勺明显特点是具有高硬度和高强度。马氏体勺硬度重要取决于马氏 体勺含碳质量分数。马氏体勺硬度随质量分数勺增长而升高，当含碳质量分数达到0.6%时， 淬火钢硬度接近最大值，含碳质量分数进一步增长，虽然马氏体勺