奥氏体的组织与结构简介

奥氏体是碳原子在γ-Fe中形成的固溶体。碳原子在γ-Fe点阵中处于由铁原子组成的八面体中心间隙位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点，如图13-1所示。若将所有的八面体间隙位置均填满碳原子计算，单位晶胞中应含有4个Fe原子和4个碳原子，其原子百分比为50%，重量百分比为20%。但实际上，碳在奥氏体中最大溶解度的原子百分比仅为10%，重量百分比仅为2.11%，相当于在2.5个晶胞中才有一个碳原子。这是因为碳原子半径为0.77Å，而γ-Fe点阵中八面体间隙半径仅为0.5Å，小于碳原子半径。碳原子进入由铁原子组成的八面体间隙位置后将引起点阵畸变，使其周围的间隙位置不能够都填满碳原子。实际上，碳在奥氏体中呈统计性均匀分布，存在着浓度起伏。碳原子的进入，将使奥氏体点阵发生对称膨胀，因而点阵常数随碳含量升高而增大，如图13-2所示。

图13-1　碳原子在γ-Fe点阵中可能存在的间隙位置

奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度及加热转变的程度有关，通常是由等轴状的多边形晶粒所组成，晶内常会出现相变孪晶。在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形，经过加热一段时间或者保温一段时间，晶粒将长大，晶粒边界趋向平直化，呈等轴多边形。图13-3为12CrNi3钢奥氏体化后快冷（淬火）得到的金相组织，虽然基体已转变为马氏体组织（如后述），但仍可以通过腐蚀显示出淬火前奥氏体晶粒的晶界。

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图13-2　奥氏体点阵常数和碳含量的关系

图13-3　12CrNi3钢的原奥氏体晶粒组织

合金钢中的奥氏体除碳原子外，还有合金元素原子。合金元素如Mn、Si、Cr、Ni、Co等在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。它们的存在也会引起晶格畸变和点阵常数变化。