奥氏体晶粒长大及其控制

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1、9.1.4奥氏体晶粒长大及其控制1．奥氏体晶粒度2．奥氏体晶粒长大原理3．影响奥氏体晶粒长大的因素1奥氏体化的目的是获得成分均匀和一定晶粒大小的奥氏体组织。多数情况下希望获得细小的奥氏体晶粒，有时也需要得到较大的奥氏体晶粒。因此，为获得所期望的奥氏体晶粒尺度，必须了解奥氏体晶粒的长大规律，掌握控制奥氏体晶粒度的方法。2Hall-Petch公式奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响31．奥氏体晶粒度可以用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体晶粒数目来表示奥氏体晶粒大小。为了方便起见，实际生产上习惯用奥氏体晶粒度来表示奥氏体晶粒大小。4奥氏体晶粒度级别N与奥氏

2、体晶粒大小的关系为式中，n为放大100倍视野中每平方英寸（6.45cm2）所含的平均奥氏体晶粒数目。奥氏体晶粒愈细小，n就愈大，N也就愈大。奥氏体晶粒度级别N通常分为8级标准评定，l级最粗，8级最细，超过8级以上者称为超细晶粒。5表9.3晶粒度级别对照表晶粒度级别N放大100倍时每平方英寸面积内晶粒数n平均每个晶粒所占面积(mm2)晶粒平均直径d(mm)弦平均长度(mm)1234567891012481632641282565120.06250.03120.01560.00780.00390.001950.000980.000490.0002440

3、.0001220.2500.1770.1250.0880.0620.0440.0310.0220.01560.01100.2220.1570.1110.07830.05530.03910.02670.01960.01380.00986起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃以下,随温度升高,晶粒长大的程度。奥氏体晶粒度根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3～8小时）后测得的奥氏体晶粒大小。此时，奥氏体晶粒度在5～8级者称为本质细晶粒钢，而奥氏体晶粒度

4、在1～4级者称为本质粗晶粒钢。7本质晶粒度只是表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性，与实际晶粒度不尽相同。例如，对于本质细晶粒钢，当加热温度超过950～1000℃时也可能得到十分粗大的实际晶粒。而对于本质粗晶粒钢，当加热温度略高于临界点时也可能得到比较细小的奥氏体晶粒。但在一般情况下，本质细晶粒钢热处理后获得的实际晶粒往往是细小的。8图9.10加热温度对奥氏体晶粒大小的影响9钢的本质晶粒度示意图10单位面积内的奥氏体晶粒数目n与I和G之间的关系可用下式表示：式中，K为系数。可见，I／G值愈大，n就愈大，即奥氏体晶粒就愈细小。这说明增大形核率I或

5、降低长大速度G是获得细小奥氏体晶粒的重要途径。112．奥氏体晶粒长大原理为了减少总的晶界面积，在一定温度条件下奥氏体晶粒会发生相互吞并而使晶粒长大的现象。所以，奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。奥氏体晶粒是晶粒长大动力和晶界推移阻力相互作用的结果。12（1）晶粒长大动力奥氏体晶粒的长大动力是奥氏体晶粒大小的不均匀性。理想状态的晶界如图9.11所示。晶粒呈六边形，晶界成直线，三条晶界相交于一点并且互成120o角，在二维平面上每个晶粒均有六个邻接晶粒。处于这种状态下的奥氏体晶粒不易长大。13实际上，奥氏体晶粒的大小是不均匀的。因此，直径小于平均

6、晶粒直径的晶粒，其邻接晶粒数可能小于6；而直径大于平均晶粒直径的晶粒，其邻接晶粒数可能大于6。为了保持界面张力平衡，相交于一点的三条晶界应互成120o角。14因此，在一定温度条件下，由于界面张力平衡作用，凡邻接晶粒数小于6的晶粒的晶界将弯曲成正曲率弧，使晶界面积增大，界面能升高。而为了减少晶界面积以降低界面能，晶界有由曲线（曲面）变成直线（平面）的自发趋势，因此，将导致该晶粒缩小，直至消失；而邻接晶粒数大于6的晶粒的晶界也因界面张力平衡而弯曲成负曲率弧，同样为了减少界面面积，降低界面能，该晶粒将长大，从而吞并小晶粒。15聚集再结晶进一步提高加热温度

7、或延长保温时间，大晶粒将继续长大。所以，奥氏体晶粒长大就是这种无数个小晶粒被吞并和大晶粒长大的综合结果。这种长大过程称为奥氏体的聚集再结晶。16奥氏体晶粒的长大驱动力F与晶粒大小和界面能大小有关，可用下式表示式中，σ为单位面积晶界界面能（比界面能）；R为晶界曲率半径，若晶粒为球形时R即为其半径。可见，若比界面能愈大，晶粒尺寸愈小，则奥氏体晶粒长大的驱动力F就愈大，即晶粒长大的倾向性就愈大，晶界愈容易迁移。17（2）晶界推移阻力在实际材料中，在晶界或晶内往往存在很多细小难溶的第二相沉淀析出粒子。推移中的晶界遇到第二相粒子时将发生弯曲（与第二相界面保持

8、垂直,界面力平衡），导致晶界面积增大，界面能升高，因此这些第二相粒子将阻碍晶界迁移，起着钉扎晶界的作用。如图9.12所示。