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定義

奧氏體（Austenite）是鋼鐵的一種層片狀的顯微組織，  通常是?-Fe中固溶少量碳的無(wú)磁性固溶體，也稱為沃斯田鐵或?-Fe。奧氏體的名稱是來(lái)自英國(guó)的冶金學(xué)家羅伯茨·奧斯汀（William Chandler Roberts-Austen）。奧氏體塑性很好，強(qiáng)度較低，具有一定韌性，不具有鐵磁性。奧氏體因?yàn)槭敲嫘牧⒎剑嗣骟w間隙較大，可以容納更多的碳。 

組成成分

奧氏體一般由等軸狀的多邊形晶粒組成，晶粒內(nèi)有孿晶。在加熱轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束時(shí)的奧氏體晶粒比較細(xì)小，晶粒邊界呈不規(guī)則的弧形。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加熱或保溫，晶粒將長(zhǎng)大，晶粒邊界可趨向平直化。鐵碳相圖中奧氏體是高溫相，存在于臨界點(diǎn)A1溫度以上，是珠光體逆共析轉(zhuǎn)變而成。當(dāng)鋼中加入足夠多的擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的化學(xué)元素時(shí)，Ni、Mn等，則可使奧氏體穩(wěn)定在室溫，如奧氏體鋼。 

鐵素體在912°C至1394°C時(shí)會(huì)相變成奧氏體，由體心立方的結(jié)構(gòu)變成面心立方。奧氏體強(qiáng)度較低，但其溶碳能力較大（1146°C時(shí)可以溶進(jìn)2.04%的碳）。奧氏體系列的不銹鋼常用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材。

主要性能

奧氏體是最密排的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，致密度高，故奧氏體的體積質(zhì)量比鋼中鐵素體、馬氏體等相的體積質(zhì)量小。因此，鋼被加熱到奧氏體相區(qū)時(shí)，體積收縮，冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體—珠光體等組織時(shí)，體積膨脹，容易引起內(nèi)應(yīng)力和變形。 

奧氏體的點(diǎn)陣滑移系多，故奧氏體的塑性好，屈服強(qiáng)度低，易于加工塑性成形。因此，鋼錠，鋼坯，鋼材一般被加熱到1100?C以上奧氏體化，然后進(jìn)行鍛軋，塑性加工成材或加工成零部件。 
一般鋼中的奧氏體具有順磁性，因此奧氏體鋼可以作為無(wú)磁性鋼。然而特殊成分的Fe—Ni軟磁合金，也具有奧氏體組織，卻具有鐵磁性。 奧氏體導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)大，比鐵素體和滲碳體的平均線性膨脹系數(shù)高約一倍。故奧氏體鋼可以用來(lái)制造熱膨脹靈敏的儀表元件。在碳素鋼中，鐵素體，珠光體，馬氏體，奧氏體和滲碳體的導(dǎo)熱系數(shù)分別為77.1,51.9,29.3,14.6和4.2。可見(jiàn)，除滲碳體外，奧氏體的導(dǎo)熱性最差，尤其是合金度較高的奧氏體鋼更差，所以，厚鋼件在熱處理過(guò)程中應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻和加熱，以減少溫差熱應(yīng)力，避免開(kāi)裂。

形成機(jī)理

共析鋼奧氏體冷卻到臨界點(diǎn)A1以下溫度時(shí)，存在共析反應(yīng)：A---F+Fe3C。加熱時(shí)發(fā)生逆共析反應(yīng)：F+Fe3C----A。逆共析轉(zhuǎn)變是高溫下進(jìn)行的擴(kuò)散性相變，轉(zhuǎn)變的全過(guò)程可以分為四個(gè)階段，即：奧氏體形核，奧氏體晶核長(zhǎng)大，剩余滲碳體溶解，奧氏體成分相對(duì)均勻化。各種鋼的奧氏體形核形成過(guò)程有一些區(qū)別，亞共析鋼，過(guò)共析鋼，合金鋼的奧氏體化過(guò)程中除了奧氏體形成的基本過(guò)程外，還有先共析相的溶解，合金碳化物的溶解等過(guò)程。 奧氏體形成的熱力學(xué)條件：必須存在過(guò)冷度或過(guò)熱度?T。

殘余奧氏體

殘余奧氏體是淬火未能轉(zhuǎn)變成馬氏體而保留到室溫的奧氏體。具體說(shuō)來(lái)從成分上講，奧氏體與過(guò)冷奧氏體含碳量是相同的；不同的是，奧氏體是相對(duì)較為穩(wěn)定的相，而在溫度快速降低到一定值時(shí)，奧氏體會(huì)變得不穩(wěn)定，那就意味著它需要轉(zhuǎn)化成為其它相，而此時(shí)的相即為過(guò)冷奧氏體。兩者沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。

而殘余奧氏體是穩(wěn)定的奧氏體轉(zhuǎn)化后殘留下的。因?yàn)閵W氏體在轉(zhuǎn)化過(guò)程中體積要發(fā)生變化。結(jié)果，基體轉(zhuǎn)化成為馬氏體后，殘余部分由于空間的限制，導(dǎo)致該部分只能以?shī)W氏體存在；對(duì)于碳鋼而言，當(dāng)過(guò)冷至零度以下，這部分殘余奧氏體會(huì)全部轉(zhuǎn)化成為馬氏體。

殘余奧氏體的形態(tài)

鋼經(jīng)DIF區(qū)變形0.6后淬火到300℃再碳分配60s所獲得的典型殘余奧氏體。TEM測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)DIF區(qū)變形后再進(jìn)行Q&P處理的殘余奧氏體形態(tài)為無(wú)規(guī)則形態(tài)，即殘余奧氏體并不完整且發(fā)生彎曲破裂。殘余奧氏體邊緣存在有高密度的位錯(cuò)。奧氏體存在于馬氏體板條中間大約有幾十納米厚度。這種現(xiàn)象主要是由于DIF區(qū)變形的緣故。

晶粒越細(xì)殘余奧氏體強(qiáng)化效果就越明顯。與粗晶奧氏體相比較，細(xì)晶奧氏體相中要發(fā)生馬氏體相變需要更多的自由能來(lái)滿足相變驅(qū)動(dòng)力的要求。在細(xì)小晶界積聚的高密度位錯(cuò)抑制了馬氏體的生長(zhǎng)。因此，殘余奧氏體被馬氏體所約束導(dǎo)致其無(wú)規(guī)則形貌。

形變誘導(dǎo)對(duì)殘余奧氏體的影響

鋼中殘余奧氏體的形態(tài)為粒狀或者片狀。片狀殘余奧氏體有三種分布方式：①被鐵索體所包圍；②被馬氏體所包圍；③與鐵素體和馬氏體相鄰。片狀殘余奧氏體是常常夾在馬氏體板條之間，如下圖所示：

鐵素體含量越多殘余奧氏體的碳含量就越多。較高體積分?jǐn)?shù)的殘余奧氏體歸因于在變形過(guò)程中奧氏體到鐵素

體誘導(dǎo)相變使鐵素體富碳。在DIF區(qū)變形對(duì)殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)、碳含量以及其尺度有著重要的影響。晶粒細(xì)化加速了殘余奧氏體的穩(wěn)定性。在DIF區(qū)的變形特征是動(dòng)態(tài)回復(fù)沒(méi)有完成且靜態(tài)回復(fù)不太可能，主要是由于快速冷卻的緣故。所以，高密度的位錯(cuò)被遺留在室溫。增加位錯(cuò)密度可以增加元素的擴(kuò)散速率進(jìn)而強(qiáng)化奧氏體組織。在碳分配后二次馬氏體的形成需要額外的能量。總之，在DIF區(qū)變形會(huì)穩(wěn)定殘余奧氏體抑制馬氏體相變，主要由于殘余奧氏體被強(qiáng)化了。

在對(duì)低碳鋼Q235的單向壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了應(yīng)變、應(yīng)變速率和變形溫度（高于奧氏體鐵素體平衡轉(zhuǎn)變溫度Ae3），對(duì)形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響，結(jié)果表明，與先共析鐵素體X射線衍射峰比較，形變誘導(dǎo)鐵素體的X射線衍射峰明顯向小角度漂移，納米壓痕硬度和彈性模量亦明顯大于先共析鐵素體，說(shuō)明形變誘導(dǎo)鐵素體品格中固溶了大量的C原子，導(dǎo)致立方晶格四方化，進(jìn)而使得硬度和彈性模量這些物理性能發(fā)生了顯著改變。此研究表明在高溫區(qū)形變誘導(dǎo)的具有過(guò)飽和碳含量的鐵素體本質(zhì)上是一種馬氏體，但在生成機(jī)制、形貌及取向關(guān)系上與普通熱處理形成的馬氏體有所不同。

殘余奧氏體轉(zhuǎn)變

鋼淬火到室溫后，保留下來(lái)的奧氏體稱為殘余奧氏體，它與過(guò)冷奧氏體同屬亞穩(wěn)組織，但兩者仍有不同。已發(fā)生的轉(zhuǎn)變會(huì)對(duì)殘奧氏體帶來(lái)影響，如馬氏體條間的殘余奧氏體碳含量就大大高于平均碳含量，已轉(zhuǎn)變的馬氏體會(huì)使殘余奧氏體處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)等。回火過(guò)程中，馬氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變，這必然影響到殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變。

當(dāng)加熱到A1～Ms之間時(shí)，馬氏體的存在可促進(jìn)珠光體轉(zhuǎn)變，但影響不大。但是馬氏體的存在可大大促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，如下圖：當(dāng)加熱至Ms以下時(shí)，殘余奧氏體有可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。當(dāng)加熱回火時(shí)，如殘余奧氏體未分解，則在冷卻過(guò)程中，殘余奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這一過(guò)程稱為催化。

如W18Cr4V淬火后，加熱到560℃三次回火，由于560℃是高速鋼的珠光體與貝氏體之間的轉(zhuǎn)變奧氏體穩(wěn)定區(qū)，故奧氏體在回火中不發(fā)生轉(zhuǎn)變，在隨后的冷卻過(guò)程中它就轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。如果該鋼在5600℃回火后，在冷卻過(guò)程中在250℃停止，殘余奧氏體又變得穩(wěn)定，這一過(guò)程稱為穩(wěn)定化。

殘余奧氏體測(cè)試

檢驗(yàn)零件淬火后殘余奧氏體含量，目前主要是X射線衍射儀，在沒(méi)有儀器的時(shí)候，對(duì)于比較粗大的淬火組織，可以通過(guò)觀測(cè)高倍下的組織來(lái)大概確定殘余奧氏體量，這就要和工作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)圖譜的認(rèn)識(shí)程度有關(guān)了。比如在軸承零件滲碳標(biāo)準(zhǔn)8881中，表面組織三級(jí)時(shí)，殘余奧氏體量大約為20~25%。但在GCr15鋼中，淬火組織合格時(shí)，由于組織細(xì)膩，要確定奧氏體量，通過(guò)觀察組織是做不到的。