奥氏体晶核的生长过程探究

奥氏体形核后，在珠光体内部以扩散方式长大。将完全退火的共析钢T8（组织为片状珠光体）加热到880℃，保温5s后水淬，奥氏体在珠光体中形核并且长大的图片如图3-8a所示。可见，奥氏体晶核大面积吞噬珠光体。图3-8b所示为800℃加热20s，一片铁素体和一片渗碳体同时形成奥氏体晶核，然后一起吞噬铁素体片和渗碳体片而长大的图片。奥氏体同时吃掉铁素体片和渗碳体片，测定其长大速率为0.650～1.375μm/s。

图3-8 奥氏体在片状珠光体内长大^[6]

a）SEM b）TEM

当在铁素体和渗碳体交界面上形成奥氏体晶核时，则形成了γ-α和γ-Fe₃C两个新的相界面，奥氏体晶核的长大过程实际上是两个相界面向原有的铁素体和渗碳体中推移的过程。若奥氏体在Ac₁以上某一温度T₁形成，与渗碳体和铁素体相接触的相界面为平直的，如图3-9b所示，则相界面处各相的碳浓度可以由Fe-Fe₃C相图确定，如图3-9a所示。由图中可见，在奥氏体晶核内部，碳原子分布是不均

图3-9 奥氏体晶核在珠光体中长大示意图

a）奥氏体在T₁温度形核时各相的碳浓度 b）晶核的相界面推移示意图

匀的，与铁素体交界面处的奥氏体的含碳量标记为C_γ－α，与渗碳体交界面处的奥氏体的含碳量标记为C_γ－cem。显然，C_γ－cem＞C_γ－α，故在奥氏体中形成了浓度梯度，碳原子将以下坡扩散的方式向铁素体一侧扩散。一旦发生碳原子的扩散，则破坏了界面处的碳浓度平衡。为了恢复平衡，奥氏体向铁素体方向长大，低碳的铁素体转变为奥氏体会消耗一部分碳原子，使之重新降为C_γ－α。同时，含碳量很高的渗碳体会溶解，使之界面处的奥氏体增为C_γ－cem。这时奥氏体分别向铁素体和渗碳体两个方向推移，不断长大。这一长大过程是按照体扩散来描述的，是扩散控制过程。实际上，在奥氏体晶核的长大过程中也有界面扩散发生。(www.xing528.com)

此外，在铁素体中也存在碳原子的扩散，如图3-9b所示，这种扩散也有促进奥氏体长大的作用，但由于铁素体中的碳浓度梯度较小，作用不大。

综上所述，奥氏体的长大是相界面推移的结果，即奥氏体不断向渗碳体推移，使得渗碳体不断溶解；奥氏体向铁素体推移，使得铁素体不断转变为奥氏体。共析成分的珠光体向奥氏体平衡转变时，奥氏体同时吞噬掉渗碳体和铁素体，但是在非平衡转变时，渗碳体片的溶解会滞后一些。如图3-10所示，T8钢的珠光体加热到880℃，奥氏体晶核长大时铁素体片消失得快一些，渗碳体片的溶解滞后一些。

同时，在珠光体转变为奥氏体的过程中形成相变孪晶^[8]，这些孪晶的形成机理尚不清楚，研究报道甚少。

图3-10 奥氏体在珠光体中长大时渗碳体片的溶解滞后现象（SEM）

图3-11 已形成的奥氏体中存在大量残留渗碳体片