奥氏体晶核的形成，长大

奥氏体晶核的形成

由于铁素体内部的碳原子很少，当加热到723摄氏度的Ac1以上的某一温度时，奥氏体晶核通常优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成，这也是因为在相界面上碳浓度分布不均匀，位错密度较高，原子排列不规则，晶格畸变大，处于能量较高的状态，能为产生奥氏体晶核提供浓度和结构两方面的有利条件。而奥氏体形核和液态结晶形核一样，需要一定的结构起伏、能量起伏和浓度起伏。恰恰在铁素体和渗碳体相界处的原子排列不规则，处于高能量的不稳定状态，具体形核所需要的结构起伏和能量起伏条件。同时相界面处的碳浓度也处于铁素体和渗碳体的过渡之间，容易出现奥氏体形核所需要的浓度起伏。所以，奥氏体的形核就优先在相界面上形成。

奥氏体晶核的长大

奥氏体晶核形成之后，同时与相渗碳体和相铁素体相邻，假定与铁素体和渗碳体相邻的晶界面都是平直的，根据Fe-Fe3C相图可知，奥氏体与铁素体相邻的晶界处的碳浓度为Cy-a,奥氏体与渗碳体的相邻晶界处的碳浓度为Cy-c。此时，两个晶界都处于界面平衡状态，这是系统自由能最低的状态。

由于碳浓度Cy-c>Cy-a，在奥氏体的晶界上出现了碳的浓度梯度，引起碳在奥氏体晶界处不断地由高浓度向低浓度扩散。由于扩散，奥氏体与铁素体相邻晶界处碳浓度升高，而与渗碳体相邻的晶界处碳浓度降低，从面破坏了晶界面的平衡，并使系统自由能升高。为了恢复平衡，渗碳体势必溶入奥氏体，使它们的相界面碳浓度恢复到Cy-c,与此同时，相邻的另一个界面上，发生奥氏体碳原子向铁素体的扩散，使铁素体转变为奥氏体，使它们的界面恢复到Cy-a,从而恢复界面的平衡，降低系统的自由能。这样，奥氏体的两个晶界面就向铁素体和渗碳体两个方向推移，奥氏体便长大。

由于奥氏体中碳原子的扩散，不断打破相晶界面平衡，又通过渗碳体和铁素体向奥氏体转变而恢复平衡的过程循环往复地进行，奥氏体便不断地向铁素体和渗碳体中扩展，逐渐长大。另一方面，由于在铁素体内，铁素体与渗碳体和铁素体与奥氏体接触的两个晶界面之间也存在碳浓度差Cf-c-Cf-y。因此，碳原子在向奥氏体中扩散的同时，也在向铁素体中扩散。由于扩散的结果，使铁素体向奥氏体转变，从而促进奥氏体长大。