2.2.2　奥氏体形成的热力学条件

由Fe-Fe₃C相图（图2-26）可知，在A₁以下，碳钢的平衡相为铁素体和渗碳体。当温度超过A₁后，由两相组成的珠光体将转变为单相奥氏体。随着温度继续升高，亚共析钢中的过剩相——铁素体将不断转变为奥氏体，而过共析钢中的过剩相——渗碳体也将不断溶入奥氏体，此时，奥氏体的化学成分分别沿GS和ES曲线变化。当温度升高到GSE线以上时，都将得到单相奥氏体。

图2-26　Fe-Fe₃C相图

铜加热转变时的相变驱动力是新相奥氏体与母相之间的体积自由能差ΔG_V。按固态相变形核理论，奥氏体形核时，系统的自由能变化为：

　　（2-32）

式中，V为新相（奥氏体）的体积；S为新相表面积；γ为单位面积界面能；ΔG_S为应变能。因为奥氏体在高温下形成，应变能较小，因此相变的阻力主要是界面能。图2-27示出了共析钢奥氏体和珠光体的体积自由能随温度的变化曲线，它们交于A₁点（727℃）。当温度等于727℃时，珠光体和奥氏体自由能相等，相变不会发生。当温度高于A₁时，ΔG_V为负值，即式（2-32）右侧第一项为负值，这时才有可能发生相变，珠光体将转变为奥氏体；反之奥氏体将转变为珠光体，亦即相变必须在有过热（过冷）的条件下才能进行。

图2-27　珠光体（P）和奥氏体（γ）自由能和温度的关系示意图

加热（冷却）速度越大，过热（过冷）程度也越大。这就使加热和冷却时发生转变的温度（即临界点）不在同一温度。通常给加热时的临界点加脚标c，如A_c1、A_c3、A_ccm等；而给冷却时的临界点加脚标r，如A_r1、A_r3、A_rcm等。图2-28示出在加热速度和冷却速度均为0.125℃/min时的临界点。

图2-28　加热速度和冷却速度为0.125℃/min时， Fe-Fe₃C相图中的临界点