奧氏體組織

金屬材料的熱處理過程一般是由加熱、保温和冷卻這三個階段所組成的。鋼件在熱處理過程中，大部分需要加熱到臨界點以上進行全部或部分奧氏體化，然後以某種冷卻速度冷卻下來，得到所需要的組織和性能。因此，奧氏體化是鋼件熱處理的重要工序。

加熱得到的奧氏體的組織狀態包括奧氏體的成分、晶粒大小、亞結構、均勻性以及是否存在碳化物、夾雜物等其他相，這些對於其在隨後冷卻過程中得到的組織和性能具有直接影響。因此，研究鋼中奧氏體的形成機理，掌握控制奧氏體狀態的方法，具有重要的實際意義和理論價值。

奧氏體是碳或其他化學元素溶入γ-Fe中所形成的固溶體。其中，具備形成固溶體條件的合金元素，其原子半徑與鐵原子半徑相差不大的固溶於替換位置；一些難以固溶的化學元素，如稀土元素、硼等，則吸附於奧氏體晶界等晶格缺陷處；另外，奧氏體中還常存有少量殘留元素，如Si、Mn、S、P、0、N、H、AS、Pb等。所以．奧氏體縣多種化學元素構成的一個整合系統。 ^[1] 

奧氏體一般由等軸狀的多邊形晶粒組成，晶粒內有孿晶。在加熱轉變剛剛結束時的奧氏體晶粒比較細小，晶粒邊界呈不規則的弧形，經過一段時間加熱或保温，晶粒將長大，晶粒邊界可趨向平直化。圖1所示為50CrVA鋼在1000℃加熱7min形成的奧氏體組織（高温暗場像）。

它是C、Cr、V等元素溶入γ-Fe中的固溶體，白色網狀為奧氏體晶粒的晶界，在個別晶粒中可以看到孿晶。

當鋼中加入足夠多的擴大γ相區的化學元素（如Ni、Mn等）時，則可使奧氏體穩定在室温，圖2所示為304奧氏體不鏽鋼在室温時的奧氏體組織。

它是γ-Fe中溶入了C、Cr、Ni等化學元素形成的固溶體。由圖2中可見，奧氏體晶粒中有許多孿晶，其中灰、白顏色不同的襯度是由於各晶粒暴露在磨光試樣表面上的晶面具有不同取向的緣故。

奧氏體組織韌化包括奧氏體產生形變以緩解裂尖應力集中，抑制裂紋擴展，還包括奧氏體向馬氏體相變誘發塑性。超高強度不鏽鋼在回火過程中，一定温度和時間下，將發生馬氏體逆轉變而生成逆轉變奧氏體。由於逆轉變奧氏體切變形核、擴散長大，所以逆轉變奧氏體中含有大量晶體缺陷和較高的溶質含量，導致M_d温度降低，機械穩定性提高。機械穩定性高的殘餘逆轉變奧氏體沿板條馬氏體柬之間或片狀馬氏體周圍呈薄片狀分佈，這對改善材料的韌性十分有利．不僅可阻止裂紋在馬氏體板條間的擴展，還可以減緩裂紋在馬氏體板條間密集排列時位錯前端引起的應力集中。

利用亞穩奧氏體或亞穩殘餘奧氏體使鋼韌化，最典型的例子是相變誘發塑性。馬氏體相變誘發塑性（TRIP）：對亞穩定奧氏體施加應力會發生馬氏體相變，這種馬氏體誘發相變如果能夠在變形中發生，就可以產生馬氏體相變誘發塑性現象，並顯著提高鋼的延性和韌性。此外，變形中使馬氏體韌性得到提高的原因是裂紋尖端應力集中區產生了適量的形變馬氏體，使應力集中得到緩和。這樣，馬氏體相變誘發塑性現象的材料，被施加應力後可實現γ→M轉變，能夠消除在變形過程中產生的裂紋，成為典型的智能材料的雛形之一。 ^[2] 

獲得奧氏體組織的熱處理方法，普通鋼當加熱到臨界温度以上，並完全呈奧氏體化狀態以後，無論用什麼方式冷卻（慢冷或快冷）奧氏體都將發生分解，即奧氏體在室温下是極不穩定的組織，而得不到奧氏體。只有某些特殊鋼如高錳鋼（Mn13）加熱到1000~1100℃使其完全奧氏體化，保温後水冷（水韌處理）則可得到單一的奧氏體。還有18-8系不鏽鋼加熱至1050～1100℃，使其完全呈奧氏體狀態，然後水冷（固溶處理），也可得到單一的奧氏體（故高錳鋼和18-8系不鏽鋼亦稱為奧氏體鋼）。此外，高合金鋼，高速鋼通過淬火（尤其是温度較高時）可以保留較多的殘餘奧氏體。 ^[3]