奥氏体

奥氏体，也称为伽马相铁 (γ-Fe)，是铁的金属非磁性同素异形体或铁与合金元素的固溶体。 在普通碳钢中，奥氏体存在于 1000 K（727°C）的临界共析温度以上； 其他合金钢具有不同的共析温度。

从 912 到 1,394 °C（1,674 到 2,541 °F），α 铁经历从体心立方 (BCC) 到伽马铁（也称为奥氏体）的面心立方 (FCC) 配置的相变。 它同样柔软且具有延展性，但可以溶解更多的碳（在 1,146 °C (2,095 °F) 时高达 2.03% 的质量）。 这种伽马形式的铁存在于最常用的不锈钢类型中，用于制造医院和食品服务设备。

奥氏体化是指将铁、铁基金属或钢加热到一定温度，使晶体结构从铁素体转变为奥氏体。 更开放的奥氏体结构能够从碳钢中的碳化铁中吸收碳。 不完全的初始奥氏体化会在基体中留下未溶解的碳化物。

对于某些铁金属、铁基金属和钢，在奥氏体化步骤中可能会出现碳化物。 通常用于此的术语是两相奥氏体化。

等温淬火是一种硬化工艺，用于铁基金属以提高机械性能。 金属被加热到铁-渗碳体相图的奥氏体区域，然后在温度介于 300–375°C（572–707°F）之间的盐浴或其他热提取介质中淬火。 金属在此温度范围内退火，直到奥氏体转变为贝氏体或奥氏体（贝氏体铁素体+高碳奥氏体）。

通过改变奥氏体化温度，奥氏体化过程可以产生不同的和所需的微观结构。 较高的奥氏体化温度可以在奥氏体中产生较高的碳含量，而较低的温度会产生更均匀分布的奥氏体组织。 奥氏体中的碳含量作为等温淬火时间的函数已经确定。

随着奥氏体冷却，碳从奥氏体中扩散出来，形成富含碳的碳化铁（渗碳体）并留下贫碳铁素体。 根据合金成分，可能会形成一层铁素体和渗碳体，称为珠光体。 如果冷却速度非常快，碳没有足够的时间扩散，合金可能会经历称为马氏体转变的大晶格畸变，在这种转变中它转变为马氏体，即体心四方结构 (BCT)。 冷却速率决定了马氏体、铁素体和渗碳体的相对比例，因此决定了所得钢的机械性能，例如硬度和抗拉强度。

厚截面的高冷却速率会导致材料中出现陡峭的热梯度。 热处理零件的外层会冷却得更快，收缩得更多，导致它处于张力和热染色状态。 在高冷却速率下，材料会从奥氏体转变为更硬的马氏体，并且会在更低的应变下产生裂纹。 体积变化（马氏体的密度低于奥氏体）也会产生应力。 零件内部和外部的应变率差异可能会导致外部出现裂纹，因此必须使用较慢的淬火速率来避免这种情况。 通过用钨合金化钢，碳扩散减慢，并且在较低温度下发生向 BCT 同素异形体的转变，从而避免开裂。 据说这种材料的淬透性增加了。 淬火后的回火会将一些脆性马氏体转变为回火马氏体。 如果对低淬透性钢进行淬火，显微组织中将保留大量奥氏体，使钢具有内应力，使产品容易突然断裂。

将白口铸铁加热到 727°C (1,341°F) 以上会导致在初生渗碳体晶体中形成奥氏体。 这种白口铁的奥氏体化发生在与铁素体相界面处的初生渗碳体中。 当奥氏体晶粒在渗碳体中形成时，它们以沿渗碳体晶层表面取向的层状簇出现。 奥氏体是由碳原子从渗碳体扩散到铁素体中形成的。