奧氏體晶粒(austenitegrain)

1、奧氏體晶粒 (austenite grain)鋼在奧氏體化時所得到的晶粒。此時的晶粒尺寸稱為奧氏體晶粒度。分類奧氏體晶粒有起始晶粒、實際晶粒和本質晶粒 3 種不同的概念。(1) 起始晶粒。指加熱時奧氏體轉變過程剛剛結束時的晶粒，此時的晶粒尺寸稱 為奧氏體起始晶粒度。(2) 實際晶粒。指在熱處理時某一具體加熱條件下最終所得的奧氏體晶粒，其尺 寸大小即為奧氏體實際晶粒度。(3) 本質晶粒。指各種鋼加熱時奧氏體晶粒長大的傾向，晶粒容易長大的稱本質 粗晶粒，晶粒不易長大的稱本質細晶粒。 通常在實際金屬熱處理條件下所得到的 奧氏體晶粒大小， 即為該條件下的實際晶粒度， 而一系列實際晶粒度的測得即表 示出

2、該鋼材的本質晶粒度。 據(jù)中國原冶金工業(yè)部標準 YB27-77 規(guī)定，測定奧氏體 本質晶粒度是將鋼加熱到930C，保溫38h后進行。因此溫度略高于一般熱處 理加熱溫度， 而相當于鋼的滲碳溫度， 經(jīng)此正常處理后， 奧氏體晶粒不過分長大 者，即稱此鋼為本質細晶粒鋼。顯示方法絕大部分鋼的奧氏體只是在高溫下才是穩(wěn)定的。 因此欲測定奧氏體晶粒就得設法 將高溫狀態(tài)奧氏體輪廓的痕跡在室溫下顯示出來， 常用的顯示奧氏體晶粒的方法 可歸納為滲入外來元素法、化學試劑腐蝕法和控制冷卻速度法 3 種。(1) 滲入外來元素法。如滲碳法和氧化法，是利用奧氏體晶界優(yōu)先形成滲碳體和 氧化亞鐵等組成物，形成網(wǎng)絡顯示出奧氏體輪廓。

3、滲碳法一般適用于不高于0.3 % C的滲碳鋼和含不高于0.6 % C而含碳化物元素較多的其他類型鋼。 氧化法 卻適用于任何結構鋼和工具鋼。(2) 化學試劑腐蝕法。鋼材經(jīng)不同溫度的淬火一回火處理后，磨光并用飽和苦味 酸水溶液和新潔爾滅幾滴浸蝕能抑制馬氏體組織， 促使奧氏體晶界的顯示。 或者 直接用鹽酸15mL苦味酸(飽和的)和乙醇浸蝕，使馬氏體直接顯示出來，利 用馬氏體深淺不同和顏色的差異而顯示出奧氏體的晶粒大小， 此法適用于合金化 程度高的能直接淬硬的鋼。(3) 控制冷卻速度法。低碳鋼、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼可控制冷卻速度使 鋼的奧氏體周圍先共析析出網(wǎng)狀鐵素體、 網(wǎng)狀滲碳體， 或使屈氏體沿

4、晶界少量析 出以顯示出奧氏體晶粒。測定方法 測定奧氏體晶粒度常用比較法和統(tǒng)計法。比較法測定奧氏體晶粒度是根據(jù)YB27-77級別圖與之相比較。標準晶粒度分 8級，14級屬粗晶粒，58級屬 細晶粒，8級以上的1013級為超細晶粒。此法均在100倍顯微鏡下觀察。晶 粒度級別N與晶粒大小之間符合n=2N-1或n' =223的關系，式中n為在放大 100倍下觀察時，每6.45mm2視野中的平均晶粒數(shù)；n'為實際每1mm2S積中平 均晶粒數(shù)。若出現(xiàn)過粗或過細晶粒，需在 50倍或大于 100倍的顯微鏡下觀察進 行換算。影響因素首先，奧氏體起始晶粒度取決于形核率 N和長大速度G的比值N/G,此

5、值愈大， 奧氏體起始晶粒就愈小。 其次，在起始晶粒形成之后， 鋼的實際晶粒則取決于奧 氏體在繼續(xù)保溫或升溫過程中的長大傾向， 而奧氏體晶粒長大傾向又與起始晶粒 的大小、均勻性以及晶界能有關。 晶粒大小愈不均勻、 曲率半徑愈小、 表面彎曲 度愈大，則界面能愈大，晶粒長大的傾向性就愈大。此外，奧氏體的實際晶粒度還受加熱溫度、 保溫時間、 鋼的成分以及第二相顆粒 的大小、多少、性質、原始組織和加熱速度等的影響。(1) 加熱速度和保溫時間的影響。晶粒長大和原子的擴散密切相關，溫度愈高， 相應的保溫時間愈長， 原子的活動能力愈大， 擴散愈容易進行， 奧氏體晶粒亦將 愈粗大。(2) 加熱速度的影響。加熱速

6、度實質上是過熱度問題，過熱度愈大，即成核率與 成長速度之比越大， 將獲得細小的起始晶粒。 雖然如此， 但高溫下奧氏體晶粒極 易長大，因此，在高溫下不能有長的保溫時間。(3) 鋼中含碳量的影響。在鋼中含碳量不足以形成未溶解的碳化物時，含碳量增 高，奧氏體的晶粒容易長大而粗化。 當形成未溶解的二次滲碳體時， 因奧氏體晶 粒長大受第二相的阻礙作用，使奧氏體晶粒長大的傾向反而減小。(4) 脫氧劑及合金化元素的影響。用鋁脫氧的鋼，晶粒長大的傾向小，屬本質細晶粒鋼。這是因為鋼中含有大量難溶的六方點陣結構的A1N機械地阻礙奧氏體長大。 用硅和錳脫氧的鋼， 晶粒長大的傾向大， 一般屬于本質粗晶粒鋼。 其他合

7、金元素按阻礙奧氏體晶粒長大程度的不同， 可以分為：有強烈阻礙晶粒長大作用 的，如鈮、鋯、鈦、鉭、釩和鋁等；有中等阻礙作用的，如鎢、鉬和鉻等；稍有 阻礙或無阻礙作用的，如銅、鎳、鈷和硅等；有增大晶粒長大傾向的，如碳 (指 溶入奧氏體中的 ) 、磷、錳等。(5) 原始組織的影響。鋼的原始組織愈細、碳化物分散度愈大，所得到的奧氏體 起始晶粒愈細小。 但從晶粒長大的原理可知， 起始晶粒愈細小， 則鋼的晶粒長大 傾向性愈大，即鋼的過熱敏感性增大， 生產(chǎn)上難于控制。 所以原始組織極細的鋼， 不可用過高的加熱溫度和長的保溫時間， 而宜采用快速加熱、 短時保溫的熱處理 工藝。晶粒度的作用加熱時所得到的奧氏體實

8、際晶粒的大小， 對冷卻后鋼的組織和性能 有很大的影響。 一般地說，粗大的奧氏體實際晶粒往往導致冷卻后獲得粗大的組 織，而粗大的組織又往往相應地具有較低的塑性和韌性。 就沖擊韌性而言， 普通 碳鋼和低合金鋼的奧氏體晶粒度每細化一級，沖擊韌性值能提高19.639.2J/cm2，同時冷脆轉化溫度可降低10C以上。因此，在熱處理時應嚴格控制 奧氏體晶粒大小，以獲得良好的綜合性能。細化晶粒已成為強化金屬材料的重要手段之一。 通過多次反復奧氏體化處理， 或 用交變冷變形及在(a +丫)兩相區(qū)退火等方法，獲得超細化奧氏體晶粒，可以同 時提高鋼的強度和韌性。 特別是低溫下使用的高強度合金， 經(jīng)此類處理后可使其 斷裂韌性大幅度