材料热处理的加热_钢加热时的奥氏体晶粒长大


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  钢加热到高于A1温度,奥氏体在铁素体一碳化物边界形核。此时,奥氏体的形核率总是很高,初始形成的奥氏体晶粒很细。
 
  进一步提高温度或在此温度下长期保持,奥氏体晶粒会长大,与整个系统减少自由能的热力学趋向相应的是减少晶粒的表面积。
 
  晶粒长大的机制是大角边界的迁移。因此晶粒长大受控于原子通过大角边界的扩散通道。
 
  在一定温度下形成的奥氏体晶粒尺寸冷却后当然不会变化。同一牌号的钢在不同冶炼条件下会有不同的晶粒长大倾向。本质细晶粒钢加热到950~1000℃时晶粒长大不明显。但在更高温度下会剧烈长大(图2.4-14中曲线2)。而本质粗晶粒钢则相反,在稍高于Ac1温度,晶粒即迅速长大,如图2.4-14中曲线1所示。
 
  钢的晶粒长大倾向从冶金学角度取决于钢的化学成分和脱氧条件。铝脱氧钢属本质细晶粒钢。钢中形成的AIN微粒阻碍奥氏体晶粒长大。但这些粒子被溶解(>1000-1050℃)后,晶粒会迅速长大。在过共析钢的Ac1~Ac(cm)温度区间,奥氏体晶粒的长大受制于未溶解的碳化物粒子。在亚共析钢中奥氏体在Ac1一Ac3温度区间的晶粒长大受铁索体的阻碍。  
  在亚共析钢中随碳含量增加,晶粒长大倾向增大。而在过共析钢中由于受残留渗碳体的阻碍,晶粒长大倾向反而减小(见图2.4-15)。
 
 
图2.4-14
图2.4-15
 
  合金元素,尤其是碳化物形成元素(影响最大的是Ti、V、Zr、Nb、W和Mo)阻碍奥氏体晶粒长大。这是由于形成难溶于奥氏体的合金碳化物阻碍晶粒长大。影响最大的两种元素是Ti和V。Mn、P、S等元素溶入奥氏体后能加速铁原子扩散,促使奥氏体晶粒长大。钢的原始组织和加热条件也会对奥氏体晶粒发生影响。片状珠光体的片间距愈小,奥氏体形核率愈大,起始晶粒愈细。片状珠光体组织比球状组织形成的奥氏体起始晶粒粗。其原因是片状渗碳体表面形成具有同一取向的大量晶粒,在其长大时彼此容易结合成一个大的晶粒。加热温度明显高于临界温度时,晶粒逐步长大,原始组织的影响逐渐消失。  
  奥氏体晶粒尺寸随加热温度的升高或保温时间的延长而不断长大。在每一温度下均有一个晶粒加速长大的阶段,当达到一定尺寸后,长大趋向逐渐减弱(见图2.4-16)。加热速度愈大,奥氏体在高温下停留时间愈短,晶粒愈细(见图2 .4-17)。
 
 
图2.4-16
图2.4-17
 
  图2-18所示为DIN CK45钢以不同加热速度连续加热到各种奥氏体化温度时的晶粒度变化。  
 
图2.4-18
 
  钢中奥氏体晶粒度分为8级,1级最粗,8级最细。8级以上称为超细晶粒。晶粒度级别(N)与晶粒尺寸间的关系为 n=2N-I 或n’= 2N+3式中,n为在金相显微镜下放大100倍时,每6.45 cm2视野中包含的平均晶粒数;n'为每1mm2试样面积中的平均晶粒数。  
     
   
     
 
 
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