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金属学知识要点

金属学知识要点

金属材料的力学性能又称机械性能，是材料在力的作用下表现出来的性能，力学性能对金属材料的使用性能和工艺性能有着非常重要的影响，金属材料的力学性能有：

强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

大多数金属在结晶之后，直至冷却到室温，其晶格类型都将保持不变，但铁及锡、钛、锰等金属在结晶之后，在不同温度范围内将呈现出不同的晶格，这种随着温度的改变，固态金属晶格也随之而改变的现象，称为同素异晶转变。

纯铁的冷却曲线上有三个水平台。

它的第一个水平台（1538℃），表示纯铁由液态转变成固态的结晶阶段。

结晶后的铁的晶格是体心立方，称作δ—Fe。

当温度继续下降到（1394℃）的水平台时，发生了同素异晶转变，铁的晶格由体心立方转变成面心立方，称为γ—Fe，当温度继续下降到912℃时，再次发生同素异晶转变，又转变成体心立方晶格，称为α—Fe。

同素异晶转变转变是在固态下原子重新排列的过程，从广义上说也属于结晶过程，因为它遵循晶核形成于晶核长大的结晶规律，它的转变也在一定的过冷度下进行。

也产生结晶热效应，为了区别于由液态转变为固态的初次结晶，常将同素异晶转变称作二次结晶或重结晶。

同素异晶转变时，由于晶格结构的转变，原子排列的密度也随之改变，如面心立方晶格γ—Fe中铁原子的排列比α—Fe紧密，故由γ—Fe转变为α—Fe时，金属体即将发生膨胀，反之由α—Fe转变为γ—Fe时，金属的体积要收缩。

这种体积变化使金属内部产生的内应力称为组织应力。

两种或两种以上的金属元素，或金属于非金属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质，称为合金。

机械制造中广泛应用的是合金，而不是纯金属。

因为合金比纯金属有更高的强度和硬度，且成本较低。

同时还可以通过改变合金的成分和进行不同的热处理能在很大范围内调整其性能。

铁碳合金的组织结构相当复杂，并随其成分、温度、和冷却速度而变化。

按照铁和碳相互作用形式的不同，铁碳合晶的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。

铁碳合金中的固溶体都是碳溶入铁的晶格中的间隙固溶体，此时，碳的溶解度是有限度的，即属于有限固溶体。

碳在铁中的溶解度主要取决于铁的晶格类型，并随温度的升高而增加。

形成固溶体时，溶剂晶格将产生不同程度的畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为固溶体的强度、硬度有所增加，这种现象称作固溶强化。

碳可溶入α—Fe、γ—Fe，也可溶入δ—Fe，形成不同的固溶体。

1、铁素体它是碳溶解于α—Fe中形成的固溶体，呈体心立方晶格，以符号F表示，α—Fe的溶碳能力极小，600℃时溶碳量仅为0.006%，727℃时最大溶碳量仅为0.0218%。

铁素体因溶碳极少，固溶强化作用甚微，故力学性能与纯铁相近，其特征是强度、硬度低，塑性、韧性好。

2、奥氏体碳溶入γ—Fe中形成的固溶体称为奥氏体，呈面心立方晶格，以符号A表示。

γ—Fe的溶碳能力较δ—Fe高许多，如在1148℃时，最大溶碳量为2.11%，温度降低时溶碳能力也随之下降，到727℃时溶碳量为0.77%，由于γ—Fe仅存在于高温，因此稳定的奥氏体通常存在于727℃以上，故在铁碳合金中奥氏体属于高温组织，奥氏体的力学性能与其溶碳量有关，一般来说，其强度、硬度不高，但塑性优良，（δ=40%~50%）.在钢的轧制或锻造时，为使钢易于进行塑性变形，通常将钢加热到高温，使之呈奥氏体状态。

根据碳含量的不同，可将铁碳合金分为钢和铸铁两大类：

钢——是指含碳量小于2.11%的铁碳合金，依据室温组织的不同可将钢分为以下三类：

亚共析钢——含碳量<0.77%

共析钢——含碳量0.77%

过共析钢——含碳量>0.77%

铸铁即生铁，它是指含碳量为2.11%~6.69%的铁碳合金，依据室温组织的不同，可将铸铁分为如下三类：

亚共晶铸铁——含碳量<4.3%

共晶铸铁——4.3%

过共晶铸铁——>4.3%

共析钢的室温组织全部为珠光体，亚共析钢的室温组织由铁素体和珠光体构成，亚共析钢随其含碳量的增加，由于珠光体的含量的增多、铁素体的含量减少，因而钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。

过共析钢的室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。

钢的种类很多，按化学成分分类，可分为碳素钢和合金钢两大类，按用途分类，可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三类；按质量分类，主要分为普通钢、优质钢和高级优质钢三类，此外，按照脱氧程度还可分为镇静钢和沸腾钢。

碳素钢（简称碳钢）的含碳量在1.5%以下，并含有硅、锰、磷、硫等杂质。

碳素钢中的碳对钢的组织和性能影响甚大，亚共析钢随着含碳量的增多，珠光体增多、铁素体减少，因而刚的强度硬度上升，而塑性、韧性下降。

钢中的杂质含量对其性能也有一定影响。

磷和硫是钢中的有害杂质，磷可使钢的塑性、韧性下降，特别是使钢在低温时的脆性急剧增加，这种现象称为冷脆性，为此通常将钢的含磷量限制在0.045%以下。

硫在钢的晶界处可形成低熔点共晶体，致使含硫较高的钢在高温下进行热加工时容易产生裂纹，这种现象称为热脆性。

为了减少硫的这种有害作用，通常将钢的含硫量限制在0.05%以下。

并以硫磷含量的高低，作为衡量钢质量的重要依据。

硅和锰是炼钢后期作为脱氧剂加入钢水中而残存的，硅和锰可提高钢的强度和硬度，锰和硫还能形成Mns，从而抵消硫的有害作用，它们都是钢中的有益元素。

碳素钢可分为如下三类：

（1）碳素结构钢碳素结构钢的含碳量小于0.38%，而以小于0.25%的最为常用，即以低碳钢为主。

这类钢尽管硫、磷等有害杂质的含量较高，但性能上仍能满足一般工程结构、建筑结构及一些机件的使用要求，且价格低廉。

依据GB700——88，碳素结构钢的牌号以代表屈服点“屈”字的汉语拼音首字母Q和后面三位数字来表示，如Q215、Q235、Q255、Q345等，每个牌号中的数字均表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点（Mpa）。

在钢的牌号尾部，可用A、B、C、D表示钢的质量等级，其中A级为普通级，B、C、D级表示硫、磷含量较低的优等级别。

冷变形金属的组织与性能：

金属经过冷塑性变形，其组织和性能都发生了一系列变化，而且变形时所消耗的机械功，除了大部分转变为热能消失外，还有一小部分以各种类型的缺陷储存于变形金属内。

使其自由能升高，处于热力学亚稳状态，如果升高温度使原子获得足够的活动性，冷变形金属会自发向低能稳定状态转变，并发生一系列的组织和性能的改变，根据显微组织和性能的不同，可将这种转变过程分为回复、再结晶和晶粒长大3个阶段。

若将经过较大变形量的金属用比较缓慢的速度加热，并利用高温显微镜观察组织，发现组织随加热温度的变化可分为3个阶段，第一阶段由0-t1温度，称为回复阶段，此时，显微组织几乎看不出任何变化，晶粒仍保持冷变形后的纤维状组织。

第二阶段由t1-t2温度，称为再结晶阶段，此阶段内，变形晶粒通过形核和长大过程，完全转变成新的无畸变的等轴晶粒。

第三阶段由t2-t3温度，称为再结晶后的晶粒长大阶段，简称为晶粒长大。

在此阶段内，再结晶后的等轴晶粒边界继续移动，晶粒粗化，直至达到相对稳定的形状和尺寸。

冷变形金属在加热退火过程中力学性能的变化：

在回复阶段，强度、硬度、塑性等力学性能变化不大，但在再结晶阶段，随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。

当晶粒长大时，强度硬度继续下降，塑性在结晶粗化不十分严重时，仍有继续升高趋势，晶粒粗化严重时，塑性也下降。

经塑性变形后，各晶粒中除了出现大量的滑移带、孪生带之外，晶粒形状也发生了变化，随变形量的增加，晶粒沿变形方向被拉长为扁平晶粒，变形量越大，晶粒伸长的程度也越显著。

变形量很大时，各晶粒已不能分辨而成为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织

焊接熔池凝固及控制：

焊接条件下的液态金属凝固过程与第三章和第四章所阐述的一般液态金属凝固在本质上没有区别，都是晶核生成和晶核长大的过程。

然而，由于焊接熔池凝固条件的特殊性，其凝固过程还存在着自己的一些特征。

熔焊时，在高温热源的作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互融合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反映，当热源离开后，熔池金属便开始了凝固，焊接熔池具有以下一些特殊性：

（1）熔池金属的体积小，冷却速度快，在一般电弧焊条件下，熔池的最大体积也只有30cm3重量不超过100g，因其周围被冷态金属所包围，所以熔池的冷却速度很快，通常可达4-100℃/s，远高于一般铸件的冷却速度，由于冷却快，温度梯度大，致使焊缝中柱状晶得到充分发展。

这也是造成高碳、高合金钢以及铸铁材料焊接性差的主要原因之一。

（2）熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温度最高，因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大的温度梯度，例如，对于电弧焊接低碳钢或低合金钢，熔池中心温度高达2100-2300℃，而熔池后部表面温度只有1600℃左右，熔池平均温度为1700上下100℃，由此可见，熔池金属中温度不均匀，且过热度较大，尤其是中心部位过热温度最高，非自发形核的原始质点数将大为减少，这也促使焊缝柱状晶的发展。

（3）热源移动，凝固过程是一个动态过程一般熔焊时，熔池是以一定的速度随热源而移动，处于热源移动方向前端的母材不断熔化，连同过渡到熔池中的熔融的焊接材料一起在电弧吹力作用下，对流至熔池后部，随着热源的离去，熔池后部的液态金属立即开始凝固。

因此，凝固过程是连续进行并随熔池前进的。

（4）液态金属对流激烈熔池中存在许多复杂的作用力，如电弧的机械力、气流吹力、电磁力、以及液态金属中的密度差，使熔池金属产生强烈的搅拌和对流，在熔池上部其方向一般趋于从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池金属的混合与纯净。

熔池结晶特征：

（1）连生结晶从前面所述的结晶理论知道，过冷是结晶的条件，并且通过萌生晶核和晶核长大而进行的，但因熔池金属过热较大，在开始凝固时，自发形核的可能性是极其微小的，特别是在过热度最大的熔池中心区域尤其困难。

研究证明，熔池洁净是非自发形核其主要作用。

塑性变形对金属组织和性能的影响

1塑性变形对金属组织和性能的影响：

多晶体金属经塑性变形后。

除了在晶粒内部出现滑移带和孪晶组织特征外，还具有下述组织结构的变化，

显微组织的变化，金属与合金经塑性变形后，其外形、尺寸的改变是内部晶粒变形的总和，原来没有变形的晶粒，经加工变形后，晶粒形状逐渐发生变化，随着变形方式和变形量的不同，晶粒形状的变化也不一样，如在轧制时，各晶粒沿变形方向逐渐拉长，变形量越大，晶粒伸长的程度也越大当变形量很大时，晶粒呈现出一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。

纤维的分布方向，即金属变形时的伸展方向。

当金属中有杂质存在时，杂质也沿变形方向拉长为细带状（塑性杂质）或粉碎成链状（脆性杂质），这时光学显微镜异晶分解不清晶粒和杂质。

通常金属的强化方式有：

细晶强化、固溶强化（其中包括置换和间隙两种）加工硬化（位错增值，促使位错运动受阻）弥散强化、相变强化、时效强化

成分过冷：

指凝固过程中，液固界面前沿液体中实际的温度低于由溶质分布决定的平衡结晶温度时成分的过冷。

相变：

从广义上讲是，构成物质的原子或分子的聚合状态（相状态）发生变化的过程

同素异构转变：

纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程

金属塑性成形能力：

塑性、变形抗力

塑性：

即物质（金属）改变自身形状而不破坏（断裂）的能力

变形抗力：

抵抗变形的能力，即从时间上表现物质（如金属）在外力作用下保持自身形状的能力

硬度：

抵抗局部变形的能力

钢的热处理原理

热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后一定的速度冷却到室温的一种加工工艺。

其目的是改变钢的内部组织结构，以改善其性能。

通过适当的热处理可以显著提高钢的力学性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料，充分挖掘材料性能潜力，降低结构重量。

节省材料和能源。

恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊、等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析、降低内应力，使钢的组织性能更加均匀

热处理也是借些零件加工工艺过程中的重要工序。

例如用高速钢制造钻头，必须先经过预备热处理，改善锻件毛坯组织，降低硬度（207-255HBW），这样才能进行切削加工。

加工后的成品钻头又必须进行最终热处理，提高钻头的硬度（达到60-65HRC）和耐磨性并进行精磨，以切削其他金属。

此外，通过热处理还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能

要制定正确的热处理工艺规范，保证热处理质量，必须了解钢在不同加热和冷却条件下的组织转变规律，这就是热处理的原理

热处理与相图：

为什么钢可以进行热处理，是不是所金属材料都能进行热处理，原则上只有在加热或冷却书发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变的合金才能进行热处理。

纯金属。

某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。

金属固态相变与液态结晶相比，有一些规律是相同的，例如相变驱动力都是新旧两相之间的自由能之差；相变都包含形核和长大两个基本过程。

但是固态相变是由固相转变为固相，新相与母相都是晶体，因此又与结晶有着显著不同：

1、相变阻力大固态相变时，由于新旧两相比体积不同，母相γ转变为新相时要产生体积变化，或者由于新旧两相相界面不匹配而引起弹性畸变故新相必然受到母相的约束，不能自由胀缩而产生应变。

2、新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系液态金属在已存在固相质点上形成非自发形核时，新固相与现存固相质点之间必须符合结构和大小相适应原理，才能降低形核功促使非自发形核。

3、母相晶体缺陷对相变起促进作用固态相变时，母相中各种晶体缺陷，如晶界、相界、位错、空位等各种点、线、面缺陷对相变有明显的促进作用。

新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。

这是由于在缺陷周围晶格有畸变，自由能较高，因此容易在这些区域首先形成晶核。

试验表明，母相晶粒越细，晶界越多，晶内缺陷越多，则转变速度越快。

4、易出现过度相固态相变的另一特征是易于出现过渡相。

过渡相是一种亚稳定相，其成分和结构界于新相和母相之间。

固态相的类型：

无论是液态金属结晶，还是固态金属各种类型的相变都是通过生核和长大两个基本过程进行的。

根据固态相变过程中生核和长大的特点，可将固态相变分为三类。

第一类是扩散型相变。

在这类相变过程中，新相的生核和长大主要依靠原子进行长距离的扩散，或者说，相变是依靠相界面的扩散移动而进行的。

相界面是非共格的。

珠光体转变和奥氏体转变等都属于这一类相变。

第二类是非扩散型相变，或者切变型相变。

在这类相变过程中，新相的成长是不通过扩散，而是通过类似于塑性变形过程中的滑移和孪生那样，产生切变和转动而进行的。

在相变过程中，旧相中的原子有规则地、集体地循序渐进的转移到新相中，相界面是共格的，转变前后各原子间的相邻关系不发生变化，化学成分也不发生变化。

马氏体转变就属于这种类型的相变。

第三类是介于上述两种类型转变之间的一种过渡型相变，钢中贝氏体转变就属于这种类型的相变。

这种相变类似于马氏体转变，铁素体晶格改组是按照切变机构进行的，同时在相变过程中还伴随着碳原子的扩散。

钢从奥氏体状态以不同速度冷却时，将形成不同的转变产物，获得不同的组织和性，碳钢从奥氏体状态缓慢冷却至Ar1以下将发生共析反应，形成珠光体。

奥氏体转变为成分和结构都不同的另外两个新相α和Fe3C，可见相变过程伴随着碳和铁原子的扩散，冷却速度越慢，相变温度越接近A1点。

珠光体就是在A1点以下较高温度时奥氏体的转变产物，由于温度高，碳、铁原子可以进行较充分的扩散，α相得碳浓度接近于平衡浓度。

当冷却速度较快时，相变发生的温度较低，当冷却速度增大至铁原子扩散极为空难而碳原子尚能进行扩散时，奥氏体仍然分解为α和Fe3C两相，但与珠光体不同，α相中碳浓度较平衡浓度高，而渗碳体（Fe3C）分散度很大，这种转变产物称为贝氏体。

如果冷却速度很快，例如在水中冷却（又称淬火），则相变发生的温度就更低。

此时铁原子和碳原子的扩散能力极低，奥氏体不可能分解为α和Fe3C两个相，只能形成成分与γ相相同的α相（称为α`），其碳浓度大大超过平衡α相的溶解度。

这种过饱和的α固溶体叫做马氏体。

由上可知，钢从奥氏体状态冷却时，由于冷却速度不同将分别转变为珠光体、贝氏体和马氏体等组织，各种热处理工艺就是为了得到性能不同的组织。

热处理通常是在加热、保温、冷却三个阶段组成的，钢的热处理过程通常是把钢加热到奥氏体状态，然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。

通常把钢加热获得奥氏体的转变过程称为“奥氏体化”，加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀化程度、晶粒大小以及加热后未溶入奥氏体中的碳化物等过剩相的数量和分布状况，直接影响钢在冷却后的组织和性能。

因此、研究钢在加热时的组织转变规律，控制加热规范以改变钢在高温下的组织状态，对于充分挖掘钢材性能潜力、保证热处理产品质量有重要意义。

共析钢中奥氏体的形成由下列四个基本过程组成：

奥氏体的形核、奥氏体的长大、剩余渗碳体的溶解、奥氏体成分的均匀化

影响奥氏体形成速度的因素：

奥氏体的形成是通过形核和长大过程进行的，整个过程受原子扩散所控制。

因此凡是影响扩散、影响形核和长大的一切因素，都会影响奥氏体的形成速度

1、加热温度和保温时间在Ac1以上某一温度保温时，奥氏体并不立即出现，而是保温一段时间后才开始形成。

这段时间称为孕育期。

这是由于行程奥氏体晶核需要原子的扩散，而扩散需要一定的时间，随着加热温度的升高，原子扩散速率急剧加快。

相变驱动力▽Gv迅速增加以及奥氏体中碳的浓度梯度显著增大，使得奥氏体的形核率和长大速度大大增加，故转变的孕育期和转变完成所需的时间也显著缩短，即奥氏体的形成速度越快。

在影响奥氏体形成速度的诸多因素中，温度的作用最为显著。

所以钢在连续加热条件下奥氏体形成的基本规律时，加热速度越快，孕育期越短，奥氏体开始转变的温度和转变终了的温度越高，转变终了所需要的时间越短。

2、原始组织的影响钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体和渗碳体组织越细，它们的相界面越多，则形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成过程。

3、化学成分的影响

（1）碳钢中的含碳量对奥氏体形成速度的影响很大。

这是因为钢中的含碳量越高，原始组织中渗碳体数量越多，从而增加了铁素体和渗碳体的相界面，是奥氏体形核率增大，此外，含碳量增加又使碳在奥氏体中的扩散速度增大，从而增大了奥氏体长大速度。

（2）合金元素合金元素主要从以下几个方面影响奥氏体的形成速度。

首先，合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度。

非碳化物形成元素Co和Ni能提高碳在奥氏体中的扩散速率，故加快了奥氏体的形成速度。

其次，合金元素改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度，于是就改变了钢的过热度和碳在奥氏体中的扩散速度，从而影响奥氏体的形成过程。

此外，钢中合金元素在铁素体和碳化物中的分布是不均匀的，在平衡组织中，碳化物形成元素集中在碳化物中，而非碳化物形成元素集中在铁素体中。

因此、奥氏体形成后碳和合金元素在奥氏体中的分布都是极不均匀的。

所以在合金钢中除了碳的均匀化外，还有一个合金元素的均匀化过程。

在相同条件下，合金元素在奥氏体中的扩散速度远比碳小得多，仅为碳的千分之一到万分之一。

因此、合金钢的奥氏体均匀化过程比碳钢长得多。

在制定和金刚的加热工艺时，与碳钢相比加热温度要高，保温时间要长，原因就在这里。

奥氏体晶粒大小及其影响因素

钢在加热后形成的奥氏体组织，特别是奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有着重要的影响，一般来说，奥氏体晶粒越细小，钢热处理后的强度越高，塑性越好，冲击韧性越高。

但是奥氏体化温度过高或者在高温下保持时间过长，将使钢的奥氏体晶粒长大，显著降低钢的冲击韧度、减少裂纹扩展功和提高脆性转析温度。

此外，晶粒粗大的钢件，淬火变形和开裂倾向增大。

尤其当晶粒大小不均时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易于产生脆性断裂。

因此，在热处理过程中应当十分注意防止奥氏体晶粒长粗化。

为了获得所期望的奥氏体晶粒尺寸，必须弄清楚奥氏体晶粒度的概念，了结影响奥氏体晶粒大小的各种因素及控制奥氏体晶粒大小的方法。

1、奥氏体晶粒度晶粒度是晶粒大小的量度。

当以单位面积内晶粒的个数或每个晶粒的平均面积与平均直径来描述晶粒大小时，可以建立晶粒大小的清晰概念。

2、影响奥氏体晶粒大小的因素由于奥氏体晶粒大小对钢件热处理后的组织和性能影响极大，因此，必须了解影响奥氏体晶粒长大的因素，以寻求控制奥氏体晶粒大小的方法。

奥氏体晶粒形成以后，其小主要取决于升温或保温过程中奥氏体晶粒的长大过程。

这个过程可视为晶界的迁移过程，其实质就是原子在晶界附近的扩散过程。

因此，凡是影响晶界原子扩散的因素都会影响奥氏体的晶粒长大。

（1）加热和保温时间的影响由于奥氏体晶粒长大与原子扩散有密切关系，所以加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒就越粗大。

加热温度越高，晶粒长大速度越快，最终晶粒尺寸越大。

在每一加热温度下，都有一个加速长大期，当奥氏体晶粒长大到一定尺寸后，再延长时间，晶粒将不再长大而趋于一个稳定尺寸。

比较而言，加热温度对奥氏体晶粒长大起主要作用，因此在生产上必须严格控制，防止加热温度过高，以避免奥氏体晶粒粗化。

（2）加热速度的影响加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小。

生产上常采用快速加热短时保温的工艺来获得超细化晶粒。

（3）钢的化学成分的影响在一定的含碳量范围内，着奥氏体中碳含量的增加，由于碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加。

但含碳量超过一定量以后，碳能以未溶碳化物的形式存在，奥氏体晶粒长大受到第二相的阻碍作用，反使奥氏体晶粒长大倾向减小。

（4）一般来说，钢原始组织越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体晶粒越细小。

与粗珠光体相比，细珠光体总是易于获得细小而均匀的奥氏体晶粒度。

在相同的加热条件下，和球状珠光体相比，片状珠光体在加热时奥氏体晶粒易于粗化，因为片状碳化物表面积大，溶解快，奥氏体形成速度也快，奥氏体形成后较早的进入晶粒长大阶段。

对于原始组织为非平衡组织的钢，如果采用快读加热、短时保温的工艺方法，或者多次快速加热-冷却的方法，便可获得非常细小的奥氏体晶粒。

钢在冷却时的转变

钢的加热转变，或者说钢的热处理加热是为了获得均匀、细小的奥氏体晶粒。

因为大多数零构件都在室温下工作，刚的性能最终取决于奥氏体冷却转变后的组织，钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。

因此研究不同冷却条件下的钢中奥氏体组织的转变规律，对于正确制订钢的热处理冷却工艺、获得预期的性能具有重要的实际意义。

钢在铸造、锻造、焊接以后，也要经历从高温到室温的冷却过程。

虽然不作为一个热处理工序，但实质上也是一个冷却转变过程，正确控制这些过程，有助于减小或防止热加工缺陷。

在热处理生产中，钢在奥氏体化后通常有两种冷却方式：

一种是等温冷却方式，是将奥氏体钢迅速冷却到临界点以下某一温度保温，让其发生恒温转变过程，然后冷却下来；另一种是连续冷却方式，将钢从奥氏体状态一直连续冷却到室温。

奥氏体在临界转变温度以上是稳定的，不会发生转变。

奥氏体冷却至临界温度以下，在热力学上处于不稳定状态，，要发生分解转变。

这种在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体，叫做过冷奥氏体。

过冷奥氏体在连续冷却时的转变是在一个温度范围内发生的，其过冷度是不断变化的，因而可以获得粗细不同或类型不同的混合组织。

虽然这种冷却方式在生产上广泛采用，但分析起来却比较困难。

过冷奥氏体在临界温度A1点以下冷却时，由于过冷度不同，将转变为不同类型的组织，或分解为珠光体、贝氏体，或转变为马氏体。

那么，共析钢从奥氏体状态冷却至A1点以下不同温度范围内将得到什么样的转变产物，转变的过程和速度又怎么样呢？

过冷奥氏体的转变，同加热相变一样，也是一个生核和长大的过程。

珠光体转变，共析钢过冷奥氏体在C曲线A1线至鼻温之间较高温度范围内等温停留时，将发生珠光体转变，形成含碳量和晶体结构相差悬殊