一、奧氏體的形成

共析鋼室溫下的平衡組織為珠光體，即鐵素體和滲碳體的層片狀混合物。其中鐵素體呈體心立方晶格，在A₁溫度碳含量為0．0218%;滲碳體為復(fù)雜立方晶格，含碳為6．69%。當共析鋼被加熱到A_c1以上溫度時，珠光體中的鐵素體和滲碳體將轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц?，碳含量?．77%的奧氏體。故鋼奧氏體化的實質(zhì)就是鐵原子晶格的重新組建和碳原子在鋼中的重新分布。上述兩個過程都必須依靠原子在固體中的擴散來進行，故鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變是一個典型的擴散型相變。

奧氏體的形成也是通過形核和長大來完成的，其過程可分為四個階段，如圖6-3所示。

圖6-3　奧氏體形成過程示意圖

(一)奧氏體的形核

共析鋼被加熱至A_c1以上某一溫度保溫時，珠光體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，由于鐵素體與滲碳體相界面上碳濃度分布不均勻，原子排列不規(guī)則，位錯、空位密度較高，這些都為奧氏體形核創(chuàng)造了有利條件，故奧氏體晶核將優(yōu)先在珠光體相界面處形成，如圖6-3(a)所示。

(二)奧氏體的長大

奧氏體晶核形成之后即開始長大。奧氏體長大是通過滲碳體的溶解、碳在奧氏體和鐵素體中的擴散以及鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變而進行的。新形成的奧氏體一邊與滲碳體相接，另一邊與鐵素體相接，其與鐵素體相接處碳含量較低，而與滲碳體相接處碳含量較高，因此在奧氏體中就出現(xiàn)了碳的濃度梯度，引起碳在奧氏體中不斷由高濃度處向低濃度處擴散。擴散的結(jié)果，將導(dǎo)致滲碳體的碳含量降低而另一側(cè)鐵素體的碳含量升高，這樣就促使?jié)B碳體不斷地溶解和鐵素體不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。所以，奧氏體的晶核在相界面處同時向兩側(cè)長大，如圖6-3(b)所示。

(三)剩余滲碳體的溶解

在奧氏體長大的過程中，由于鐵素體與奧氏體相界面上的濃度差要遠小于滲碳體與奧氏體相界面上的濃度差，因而奧氏體向鐵素體一側(cè)的長大速度較快，而向滲碳體一側(cè)的長大速度則較慢，即鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度比滲碳體的溶解速度快得多。因此，珠光體中的鐵素體總是先消失，這就使得珠光體中的鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，鋼內(nèi)部仍有部分未溶解的滲碳體，此時奧氏體的平均碳濃度仍低于鋼的碳含量，說明奧氏體轉(zhuǎn)變過程仍未完結(jié)。這部分剩余滲碳體需在隨后的保溫過程中繼續(xù)分解并溶入奧氏體，如圖6-3(c)所示。

(四)奧氏體的均勻化

當剩余滲碳體全部溶解后，奧氏體中的碳濃度仍是不均勻的。原先是滲碳體的部位碳濃度較高;而原先是鐵素體的部位碳濃度較低，只有經(jīng)過較長時間保溫或繼續(xù)加熱后，碳原子進行充分的擴散，最終才能得到成分均勻的奧氏體，如圖6-3(d)所示。

由于珠光體中鐵素體和滲碳體的相界面很多(1mm³體積的珠光體中鐵素體和滲碳體的相界面就有2000～10000mm²)，所以相變時奧氏體形核的部位非常多，因此若采用較低的加熱溫度，但只要保溫足夠長的時間，也可以獲得成分均勻而且晶粒細小的奧氏體。

亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。區(qū)別僅在于它們被加熱至A_c1以上時只能使原始組織中的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，仍會保留一部分先共析鐵素體或先共析滲碳體。只有當加熱溫度超過A_c3或A_ccm，并保溫足夠的時間后，才能獲得均勻的單相奧氏體。