奥氏体晶粒(austenitegrain).doc

奥氏体晶粒 (austenite grain)钢在奥氏体化时所得到的晶粒。此时的晶粒尺寸称为奥氏体晶粒度。分类奥氏体晶粒有起始晶粒、实际晶粒和本质晶粒 3 种不同的概念。(1) 起始晶粒。指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的晶粒，此时的晶粒尺寸称 为奥氏体起始晶粒度。(2) 实际晶粒。指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其尺 寸大小即为奥氏体实际晶粒度。(3) 本质晶粒。指各种钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向，晶粒容易长大的称本质 粗晶粒，晶粒不易长大的称本质细晶粒。 通常在实际金属热处理条件下所得到的 奥氏体晶粒大小， 即为该条件下的实际晶粒度， 而一系列实际晶粒度的测得即表 示出该钢材的本质晶粒度。 据中国原冶金工业部标准 YB27-77 规定，测定奥氏体 本质晶粒度是将钢加热到930C，保温38h后进行。因此温度略高于一般热处 理加热温度， 而相当于钢的渗碳温度， 经此正常处理后， 奥氏体晶粒不过分长大 者，即称此钢为本质细晶粒钢。显示方法绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才是稳定的。 因此欲测定奥氏体晶粒就得设法 将高温状态奥氏体轮廓的痕迹在室温下显示出来， 常用的显示奥氏体晶粒的方法 可归纳为渗入外来元素法、化学试剂腐蚀法和控制冷却速度法 3 种。(1) 渗入外来元素法。如渗碳法和氧化法，是利用奥氏体晶界优先形成渗碳体和 氧化亚铁等组成物，形成网络显示出奥氏体轮廓。渗碳法一般适用于不高于0.3 % C的渗碳钢和含不高于0.6 % C而含碳化物元素较多的其他类型钢。 氧化法 却适用于任何结构钢和工具钢。(2) 化学试剂腐蚀法。钢材经不同温度的淬火一回火处理后，磨光并用饱和苦味 酸水溶液和新洁尔灭几滴浸蚀能抑制马氏体组织， 促使奥氏体晶界的显示。 或者 直接用盐酸15mL苦味酸(饱和的)和乙醇浸蚀，使马氏体直接显示出来，利 用马氏体深浅不同和颜色的差异而显示出奥氏体的晶粒大小， 此法适用于合金化 程度高的能直接淬硬的钢。(3) 控制冷却速度法。低碳钢、亚共析钢、共析钢、过共析钢可控制冷却速度使 钢的奥氏体周围先共析析出网状铁素体、 网状渗碳体， 或使屈氏体沿晶界少量析 出以显示出奥氏体晶粒。测定方法 测定奥氏体晶粒度常用比较法和统计法。比较法测定奥氏体晶粒度是根据YB27-77级别图与之相比较。标准晶粒度分 8级，14级属粗晶粒，58级属 细晶粒，8级以上的1013级为超细晶粒。此法均在100倍显微镜下观察。晶 粒度级别N与晶粒大小之间符合n=2N-1或n' =223的关系，式中n为在放大 100倍下观察时，每6.45mm2视野中的平均晶粒数；n'为实际每1mm2S积中平 均晶粒数。若出现过粗或过细晶粒，需在 50倍或大于 100倍的显微镜下观察进 行换算。影响因素首先，奥氏体起始晶粒度取决于形核率 N和长大速度G的比值N/G,此值愈大， 奥氏体起始晶粒就愈小。 其次，在起始晶粒形成之后， 钢的实际晶粒则取决于奥 氏体在继续保温或升温过程中的长大倾向， 而奥氏体晶粒长大倾向又与起始晶粒 的大小、均匀性以及晶界能有关。 晶粒大小愈不均匀、 曲率半径愈小、 表面弯曲 度愈大，则界面能愈大，晶粒长大的倾向性就愈大。此外，奥氏体的实际晶粒度还受加热温度、 保温时间、 钢的成分以及第二相颗粒 的大小、多少、性质、原始组织和加热速度等的影响。(1) 加热速度和保温时间的影响。晶粒长大和原子的扩散密切相关，温度愈高， 相应的保温时间愈长， 原子的活动能力愈大， 扩散愈容易进行， 奥氏体晶粒亦将 愈粗大。(2) 加热速度的影响。加热速度实质上是过热度问题，过热度愈大，即成核率与 成长速度之比越大， 将获得细小的起始晶粒。 虽然如此， 但高温下奥氏体晶粒极 易长大，因此，在高温下不能有长的保温时间。(3) 钢中含碳量的影响。在钢中含碳量不足以形成未溶解的碳化物时，含碳量增 高，奥氏体的晶粒容易长大而粗化。 当形成未溶解的二次渗碳体时， 因奥氏体晶 粒长大受第二相的阻碍作用，使奥氏体晶粒长大的倾向反而减小。(4) 脱氧剂及合金化元素的影响。用铝脱氧的钢，晶粒长大的倾向小，属本质细晶粒钢。这是因为钢中含有大量难溶的六方点阵结构的A1N机械地阻碍奥氏体长大。 用硅和锰脱氧的钢， 晶粒长大的倾向大， 一般属于本质粗晶粒钢。 其他合 金元素按阻碍奥氏体晶粒长大程度的不同， 可以分为：有强烈阻碍晶粒长大作用 的，如铌、锆、钛、钽、钒和铝等；有中等阻碍作用的，如钨、钼和铬等；稍有 阻碍或无阻碍作用的，如铜、镍、钴和硅等；有增大晶粒长大倾向的，如碳 (指 溶入奥氏体中的 ) 、磷、锰等。(5) 原始组织的影响。钢的原始组织愈细、碳化物分散度愈大，所得到的奥氏体 起始晶粒愈细小。 但从晶粒长大的原理可知， 起始晶粒愈细小， 则钢的晶粒长大 倾向性愈大，即钢的过热敏感性增大， 生产上难于控制。 所以原始组织极细的钢， 不可用过高的加热温度和长的保温时间， 而宜采用快速加热、 短时保温的热处理 工艺。晶粒度的作用加热时所得到的奥氏体实际晶粒的大小， 对冷却后钢的组织和性能 有很大的影响。 一般地说，粗大的奥氏体实际晶粒往往导致冷却后获得粗大的组 织，而粗大的组织又往往相应地具有较低的塑性和韧性。 就冲击韧性而言， 普通 碳钢和低合金钢的奥氏体晶粒度每细化一级，冲击韧性值能提高19.639.2J/cm2，同时冷脆转化温度可降低10C以上。因此，在热处理时应严格控制 奥氏体晶粒大小，以获得良好的综合性能。细化晶粒已成为强化金属材料的重要手段之一。 通过多次反复奥氏体化处理， 或 用交变冷变形及在(a +丫)两相区退火等方法，获得超细化奥氏体晶粒，可以同 时提高钢的强度和韧性。 特别是低温下使用的高强度合金， 经此类处理后可使其 断裂韧性大幅度提高， 例如将 40crNiMo 钢的奥氏体晶粒度由 56级细化到 12 13级时，其 KIc 值可由 1.382kPa?m1/2。(138.2 x 10-2N/cm3/2)提高到 2.607kPa?m1/2(260.7 x 10-2N/cm3/2)。