第二章__奧氏體的形成

1、第二章第二章 鋼中奧氏體的形成鋼中奧氏體的形成3.1、奧氏體的組織特征、奧氏體的組織特征3.2、奧氏體形成機(jī)理、奧氏體形成機(jī)理3.3、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)3.4、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制n 熱處理過(guò)程一般由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成，熱處理過(guò)程一般由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成，其目的在于改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)使其滿(mǎn)足服役條件所提其目的在于改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)使其滿(mǎn)足服役條件所提出的性能要求。出的性能要求。n 欲使材料獲得要求的性能，首先要把鋼加熱，獲得欲使材料獲得要求的性能，首先要把鋼加熱，獲得A組織（奧氏體化），然后再以不同的方式冷卻，發(fā)生不同組織（奧氏

2、體化），然后再以不同的方式冷卻，發(fā)生不同轉(zhuǎn)變，以獲得不同的組織。轉(zhuǎn)變，以獲得不同的組織。n 可以控制可以控制A轉(zhuǎn)變的條件獲得理想的轉(zhuǎn)變的條件獲得理想的A組織，為后續(xù)處組織，為后續(xù)處理做好組織準(zhǔn)備。理做好組織準(zhǔn)備。n1、熱處理的條件、熱處理的條件n（1）有固態(tài)相變發(fā)生的金屬或合金）有固態(tài)相變發(fā)生的金屬或合金n（2）加熱時(shí)溶解度有顯著變化的合金）加熱時(shí)溶解度有顯著變化的合金n例例（1）純金屬：有無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。）純金屬：有無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。Al、Cu等金屬等金屬不能熱處理強(qiáng)化只能形變強(qiáng)化。不能熱處理強(qiáng)化只能形變強(qiáng)化。n（2）合金：根據(jù)合金相圖判斷，有無(wú)固體相變或溶）合金：根據(jù)合金相圖判斷，有無(wú)固體相

3、變或溶解度變化。解度變化。n注：不包括低溫的去應(yīng)力退火等注：不包括低溫的去應(yīng)力退火等 為什么鋼能熱處理為什么鋼能熱處理? 固態(tài)相變固態(tài)相變 有相變重結(jié)晶有相變重結(jié)晶 C溶解度顯著變化溶解度顯著變化 可固溶強(qiáng)化可固溶強(qiáng)化熱處理溫度區(qū)間：熱處理溫度區(qū)間： A1 T TNJEF 熱處理第一步熱處理第一步 加熱奧氏體化加熱奧氏體化LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C鐵碳相圖鐵碳相圖n 奧氏體（奧氏體（Austenite）是碳溶于）是碳溶于-Fe所形成的固溶體，所形成的固溶體，存在于共析溫度以上，最大碳含量為存在于共析溫度以上，最大碳含量

4、為2.11%n 奧氏體的組織形態(tài)多為多邊形等軸晶粒，在晶粒內(nèi)奧氏體的組織形態(tài)多為多邊形等軸晶粒，在晶粒內(nèi)部往往存在孿晶亞結(jié)構(gòu)部往往存在孿晶亞結(jié)構(gòu)2.1、奧氏體的組織特征、奧氏體的組織特征一、奧氏體的組織和結(jié)構(gòu)一、奧氏體的組織和結(jié)構(gòu) 1.1.奧氏體組織奧氏體組織 多邊形的等軸晶粒多邊形的等軸晶粒 2.2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 碳在碳在-Fe-Fe中的間隙固溶體中的間隙固溶體n C在在-Fe最大溶解度為最大溶解度為2.11wt%，遠(yuǎn)小于理論值，遠(yuǎn)小于理論值20wt%。（八面體間隙半徑。（八面體間隙半徑5.210-2nm，C原子半徑原子半徑7.710-2nm)n C的溶入使晶格發(fā)生點(diǎn)陣畸變，使晶格常數(shù)增大。的溶

5、入使晶格發(fā)生點(diǎn)陣畸變，使晶格常數(shù)增大。n C在奧氏體中分布不均，有濃度起伏。在奧氏體中分布不均，有濃度起伏。二、奧氏體性能二、奧氏體性能室溫不穩(wěn)定相室溫不穩(wěn)定相高塑性、低屈服強(qiáng)度高塑性、低屈服強(qiáng)度 利用奧氏體量改善材料塑性利用奧氏體量改善材料塑性順磁性能順磁性能 測(cè)殘余奧氏體和相變點(diǎn)測(cè)殘余奧氏體和相變點(diǎn)線(xiàn)膨脹系數(shù)大線(xiàn)膨脹系數(shù)大 應(yīng)用于儀表元件應(yīng)用于儀表元件導(dǎo)熱性能差導(dǎo)熱性能差 耐熱鋼耐熱鋼比容最小比容最小 利用殘余奧氏體量減少材料淬火變形利用殘余奧氏體量減少材料淬火變形三、奧氏體的形成與鐵碳相圖三、奧氏體的形成與鐵碳相圖E EF FG 912 S SP PQ Q11481148727727A

6、AF FA+FA+FA+ FeA+ Fe3 3C CF + FeF + Fe3 3C CK KFeFe3 3C CFeFeA A1 1A AcmcmA A3 3TT C% C%2.1、奧氏體的形成、奧氏體的形成平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài)實(shí)際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)實(shí)際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)）A形成的條件形成的條件過(guò)熱過(guò)熱1.平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài) AAFPFAA31亞共析鋼的奧氏體化亞共析鋼的奧氏體化 室溫下組織為室溫下組織為F+P。 A1以上，以上，F(xiàn)+A A3以上，以上，AAFTCFeA1A3AcmACFeACFePcmAA331過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)共析鋼的奧氏體化 室溫下組織為室溫下組織為 P+F

7、e3C A1以上，以上，F(xiàn)e3C+A Acm以上，以上，A 在在A1Acm之間的奧氏體化，之間的奧氏體化， 稱(chēng)為稱(chēng)為不完全奧氏體化不完全奧氏體化，熱處，熱處 理工藝中常用。理工藝中常用。AFTCFe1.平衡加熱狀態(tài)平衡加熱狀態(tài) A1A3Acm 2.實(shí)際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)）實(shí)際加熱狀態(tài)（非平衡態(tài)） 實(shí)際加熱或冷卻都是在較快的速度下進(jìn)行（非平衡過(guò)實(shí)際加熱或冷卻都是在較快的速度下進(jìn)行（非平衡過(guò)程），實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度與相圖中的臨界溫度存在一定的偏離，程），實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度與相圖中的臨界溫度存在一定的偏離，會(huì)出現(xiàn)滯后。會(huì)出現(xiàn)滯后。 也即也即G= G A - Gp 0 才發(fā)生轉(zhuǎn)變。才發(fā)生轉(zhuǎn)變。加熱時(shí)：加熱時(shí)：實(shí)際

8、轉(zhuǎn)變溫度移向高溫，以實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度移向高溫，以Ac表示表示Ac1、Ac3、Accm 冷卻時(shí)：冷卻時(shí)：實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度移向低溫，用實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度移向低溫，用Ar表示表示Ar1、Ar3、Arcm轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 溫溫 度度Ac1Ac3AccmA3AcmArcmAr3Ar1A1AGSEPQF7271148P+CmF+P2.110.770.0218FeC%鋼在加熱和冷卻時(shí)臨界溫度的意義鋼在加熱和冷卻時(shí)臨界溫度的意義nAcAc1 1加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度；加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度； nArAr1 1冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度；冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度； nAc3Ac3加熱時(shí)先共

9、析鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終加熱時(shí)先共析鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度；了溫度；nAr3 Ar3 冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出先共析鐵素體的溫度；冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出先共析鐵素體的溫度； nAccmAccm加熱時(shí)二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度加熱時(shí)二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度 nArcmArcm冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出二次滲碳體的溫度。冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出二次滲碳體的溫度。 GTA1=727GPGA GVT3. A形成的條件形成的條件 過(guò)熱（過(guò)熱（TA1）過(guò)熱度過(guò)熱度 ，Ac1 ，驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力 ，轉(zhuǎn)變速度，轉(zhuǎn)變速度 。n加熱工序的目的：得到奧氏體加熱工序的目的：得到奧氏體 P ( F + F

10、e3C ) A結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 體心體心 復(fù)雜復(fù)雜 面心面心含碳量含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.77二、奧氏體的形成過(guò)程二、奧氏體的形成過(guò)程(以共析鋼為例以共析鋼為例)n可見(jiàn)可見(jiàn): :珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變, ,是由成分相差懸殊、晶格截然是由成分相差懸殊、晶格截然不同的不同的兩相混合物兩相混合物轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成單相固溶體單相固溶體的過(guò)程。因此在奧氏的過(guò)程。因此在奧氏體的形成過(guò)程必定發(fā)生體的形成過(guò)程必定發(fā)生晶格重構(gòu)晶格重構(gòu)和鐵、碳原子的擴(kuò)散。和鐵、碳原子的擴(kuò)散。2.22.2、奧氏體形成機(jī)制、奧氏體形成機(jī)制 形核形核+ +長(zhǎng)大長(zhǎng)大1.1.奧氏體的形核奧氏體的形核球狀珠光體中：球狀

11、珠光體中： 優(yōu)先在優(yōu)先在F/FeF/Fe3 3C C界面形核界面形核片狀珠光體中：片狀珠光體中： 優(yōu)先在珠光體團(tuán)的界面形核優(yōu)先在珠光體團(tuán)的界面形核 也在也在F/FeF/Fe3 3C C片層界面形核片層界面形核Fe3CF珠光體團(tuán)界珠光體團(tuán)界FFe3CAF + FeF + Fe3 3C A C A Ac1以上以上 加熱加熱球球狀狀P形形核核片片狀狀P形形核核(珠光體類(lèi)組織向珠光體類(lèi)組織向A轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變）(以共析鋼為例）以共析鋼為例）奧氏體在奧氏體在F/Fe3C界面形核原因：界面形核原因： (1) 易獲得形成易獲得形成A所需濃度起伏，結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏所需濃度起伏，結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏. (2) 在相界

12、面形核使界面能和應(yīng)變能的增加減少。在相界面形核使界面能和應(yīng)變能的增加減少。 G = -Gv + Gs + Ge -Gd Gv體積自由能差，體積自由能差， Gs 表面能，表面能， Ge 彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能 相界面相界面Gs 、Ge 較小，更易滿(mǎn)足熱力學(xué)條件較小，更易滿(mǎn)足熱力學(xué)條件G 垂直于片層長(zhǎng)大速度垂直于片層長(zhǎng)大速度45鋼在鋼在735加熱加熱10min的組織的組織150001.1.奧氏體的形核奧氏體的形核2.2.奧氏體的長(zhǎng)大奧氏體的長(zhǎng)大片狀珠光體片狀珠光體 奧氏體向垂直于片層和平行于片層方向長(zhǎng)大奧氏體向垂直于片層和平行于片層方向長(zhǎng)大. .球狀珠光體球狀珠光體 奧氏體的長(zhǎng)大首先包圍滲碳體奧氏體

13、的長(zhǎng)大首先包圍滲碳體, ,把滲碳體和鐵素體把滲碳體和鐵素體隔開(kāi)隔開(kāi), ,然后通過(guò)然后通過(guò)A/FA/F界面向鐵素體一側(cè)推移界面向鐵素體一側(cè)推移, A / , A / FeFe3 3C C界面向界面向FeFe3 3C C一側(cè)推移一側(cè)推移, ,使使F F和和FeFe3 3C C逐漸消失來(lái)實(shí)現(xiàn)逐漸消失來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)大的長(zhǎng)大的. .2.2、奧氏體形成機(jī)理、奧氏體形成機(jī)理原始組織原始組織5S8S15S球狀球狀P向向A的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變3. 3. 殘余碳化物的溶解殘余碳化物的溶解 殘余碳化物殘余碳化物: : 當(dāng)當(dāng)F F完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆D(zhuǎn)變?yōu)锳 A時(shí)，仍有部分時(shí)，仍有部分FeFe3 3C C沒(méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)闆](méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)锳 A，稱(chēng)為

14、，稱(chēng)為殘余碳化物。殘余碳化物。 A/FA/F界面向界面向F F推移速度推移速度 A/Fe A/Fe3 3C C界面向界面向FeFe3 3C C推移速度推移速度 剛形成的剛形成的A A平均含碳量平均含碳量PCA/Fe3CCA/FCF/ACF/Fe3C綜上所述，和過(guò)冷情況下的結(jié)晶過(guò)程不同，綜上所述，和過(guò)冷情況下的結(jié)晶過(guò)程不同，A形成時(shí)，形成時(shí)， T （或過(guò)熱度（或過(guò)熱度T ），始終有利于），始終有利于A的形成。的形成。 T ，A形成速度形成速度 AFFAFACCKG/公式應(yīng)用：估算某一溫度下公式應(yīng)用：估算某一溫度下A向向F（或（或Fe3C）的移動(dòng)速度。）的移動(dòng)速度。CFeACFeACKG33/69

15、. 6當(dāng)當(dāng)A形成溫度為形成溫度為780時(shí)時(shí)02. 041. 0KGFA89. 069. 63KGCFeA8 .1402. 041. 089. 069. 63CFeAFAGGBCdxdCKDG1 F先消失，剩余碳化物先消失，剩余碳化物T1AFTCCA/Fe3CCA/FCF/ACF/Fe3C轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 ，殘余碳化物量，殘余碳化物量 三三. .影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 溫度、成分、原始組織溫度、成分、原始組織1 1、溫度的影響溫度的影響3.3、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)T ， I ， G ，且且I G 各種因素中，各種因素中，T的影響作用最強(qiáng)烈的影響作用最強(qiáng)烈B

16、CdxdCKDG1)exp()exp(KTQKTWCI2、原始組織的影響原始組織的影響片狀片狀P轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變速度球狀球狀P薄片較厚片轉(zhuǎn)變快薄片較厚片轉(zhuǎn)變快3、碳含量的影響碳含量的影響C ， A形成速度形成速度 ，三三. .影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 溫度、成分、原始組織溫度、成分、原始組織4 4、合金元素的影響合金元素的影響2.3、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)（1）對(duì)）對(duì)A形成速度的影響形成速度的影響 改變臨界點(diǎn)位置，改變臨界點(diǎn)位置， 影響碳在影響碳在A 中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù) 合金碳化物在合金碳化物在A中溶解難易程度的牽制中溶解難易程度的牽制 對(duì)原始組織的影響對(duì)

17、原始組織的影響（2）對(duì)）對(duì)A均勻化的影響均勻化的影響 合金鋼需要更長(zhǎng)均勻化時(shí)間合金鋼需要更長(zhǎng)均勻化時(shí)間四四.連續(xù)加熱時(shí)連續(xù)加熱時(shí)A形成動(dòng)力學(xué)形成動(dòng)力學(xué)2.3、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué) 連續(xù)轉(zhuǎn)變圖連續(xù)轉(zhuǎn)變圖 V1 V2V3不均勻不均勻A均勻均勻AP+ AA+ Fe3CPt/sT/V3V2V1Ac1四四. .連續(xù)加熱時(shí)連續(xù)加熱時(shí)A A形成動(dòng)力學(xué)形成動(dòng)力學(xué)3.3、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)、奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）加熱速度）加熱速度 ，臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn) ，（2）轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)溫度范圍內(nèi)完成，）轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)溫度范圍內(nèi)完成，（3）形成速度隨加熱速度）形成速度隨加熱速度 而而 ，（4）A起始晶粒度隨加熱

18、速度速度起始晶粒度隨加熱速度速度 而細(xì)化，而細(xì)化，（5）A成分不均勻性隨加熱速度成分不均勻性隨加熱速度 而而 。V1V3 V2 V1不均勻不均勻A均勻均勻AP+ AA+ Fe3CPt/sT/V3V2Ac1一一. .奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度2.4、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制 n=2N-1 概念概念:起始晶粒度、起始晶粒度、n0=(I/G)1/2 實(shí)際晶粒度、實(shí)際晶粒度、 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度 應(yīng)用應(yīng)用:晶粒細(xì)化處理晶粒細(xì)化處理58級(jí)的鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒度的鋼14級(jí)的鋼為本質(zhì)粗晶粒度鋼本質(zhì)粗晶粒度：奧氏體本質(zhì)粗晶粒度：奧氏體隨溫度的升高迅速長(zhǎng)大隨溫度的升高迅速長(zhǎng)大的鋼。如經(jīng)錳硅脫氧

19、的的鋼。如經(jīng)錳硅脫氧的鋼、沸騰鋼等鋼、沸騰鋼等本質(zhì)細(xì)晶粒度：奧氏體本質(zhì)細(xì)晶粒度：奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向小，加熱晶粒長(zhǎng)大傾向小，加熱到較高溫度時(shí)才顯著長(zhǎng)到較高溫度時(shí)才顯著長(zhǎng)大的鋼。如經(jīng)鋁脫氧的大的鋼。如經(jīng)鋁脫氧的鋼、鎮(zhèn)靜鋼等鋼、鎮(zhèn)靜鋼等關(guān)于本質(zhì)晶粒度概念的要點(diǎn)：關(guān)于本質(zhì)晶粒度概念的要點(diǎn)：n（1）表征該鋼種在通常熱處理?xiàng)l件下）表征該鋼種在通常熱處理?xiàng)l件下A晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)，晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)，不代表真實(shí)，實(shí)際晶粒大小。不代表真實(shí)，實(shí)際晶粒大小。n（2）本質(zhì)粗晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并不一定粗大，本質(zhì)細(xì)）本質(zhì)粗晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并不一定粗大，本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼實(shí)際晶粒度并不一定細(xì)小，取決于具體的熱處理晶粒度鋼實(shí)際晶粒度

20、并不一定細(xì)小，取決于具體的熱處理工藝有關(guān)。工藝有關(guān)。n（3）本質(zhì)晶粒度主要與成分和冶煉條件有關(guān)。）本質(zhì)晶粒度主要與成分和冶煉條件有關(guān)。n鋁脫氧的鋼一般為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼；含有鋁脫氧的鋼一般為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼；含有Ti，V、Zr、Nb等。等。n（4）是確定熱處理工藝參數(shù)的重要依據(jù)。）是確定熱處理工藝參數(shù)的重要依據(jù)。n本質(zhì)細(xì)晶粒鋼加熱范圍較寬，可以在本質(zhì)細(xì)晶粒鋼加熱范圍較寬，可以在930度高溫下滲碳后度高溫下滲碳后直接淬火，不致引起奧氏體晶粒粗大。直接淬火，不致引起奧氏體晶粒粗大。二二. .奧氏體晶粒長(zhǎng)大機(jī)制奧氏體晶粒長(zhǎng)大機(jī)制3.4、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)

21、力: 界面能的降低。界面能的降低。 驅(qū)動(dòng)力大小驅(qū)動(dòng)力大小:F驅(qū)驅(qū)=2/R 方向：方向：指向曲率中心指向曲率中心abc120120-比界面能，比界面能，R-晶界曲率半徑晶界曲率半徑理想界面形態(tài)：界面平直，界面間夾角理想界面形態(tài)：界面平直，界面間夾角120，如，如b圖圖晶粒長(zhǎng)大方式：大吃小晶粒長(zhǎng)大方式：大吃小n 公式公式(2-6)的推導(dǎo)的推導(dǎo):圖圖2-13 雙晶體中的雙晶體中的A、B兩晶粒，其中兩晶粒，其中B晶粒呈球晶粒呈球狀存在于狀存在于A晶粒中。晶粒中。n 面積為面積為A的晶界如果移動(dòng)的晶界如果移動(dòng)dx距離時(shí)，體系總的距離時(shí)，體系總的Gibbs自由自由能變化為能變化為dGt ，則沿則沿x方向有

22、力方向有力P作用于晶界上，構(gòu)成晶界移作用于晶界上，構(gòu)成晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。n 圖圖2-13中中A、B晶粒間的晶界晶粒間的晶界構(gòu)成一曲率半徑為構(gòu)成一曲率半徑為R的球面。的球面。RdRRdRdxdGAPt2)4(41122二二. .奧氏體晶粒長(zhǎng)大機(jī)制奧氏體晶粒長(zhǎng)大機(jī)制3.4、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制晶粒長(zhǎng)大阻力晶粒長(zhǎng)大阻力第二相質(zhì)點(diǎn)的釘扎作用第二相質(zhì)點(diǎn)的釘扎作用 F阻阻=3f/2r r-粒子半徑粒子半徑, f 粒子數(shù)粒子數(shù), -比界面能比界面能界界面面r第二相質(zhì)點(diǎn)越細(xì)小，分散，總阻力第二相質(zhì)點(diǎn)越細(xì)小，分散，總阻力 在加熱轉(zhuǎn)變中，保溫在加熱轉(zhuǎn)變中，保溫時(shí)間一定時(shí)，隨保

23、溫溫度升時(shí)間一定時(shí)，隨保溫溫度升高，高，A A晶粒不斷長(zhǎng)大，稱(chēng)為晶粒不斷長(zhǎng)大，稱(chēng)為正常長(zhǎng)大。如圖中曲線(xiàn)正常長(zhǎng)大。如圖中曲線(xiàn)1 1。 在加熱轉(zhuǎn)變中，保溫時(shí)在加熱轉(zhuǎn)變中，保溫時(shí)間一定時(shí)，隨保溫溫度升高，間一定時(shí)，隨保溫溫度升高，A晶粒長(zhǎng)大不明顯，必須當(dāng)晶粒長(zhǎng)大不明顯，必須當(dāng)溫度超過(guò)某一定值后，晶粒溫度超過(guò)某一定值后，晶粒才隨溫度升高而急劇長(zhǎng)大，才隨溫度升高而急劇長(zhǎng)大，稱(chēng)為異常長(zhǎng)大，如圖中曲線(xiàn)稱(chēng)為異常長(zhǎng)大，如圖中曲線(xiàn)2。長(zhǎng)大方式長(zhǎng)大方式1. 正常長(zhǎng)大正常長(zhǎng)大 晶界在驅(qū)動(dòng)力晶界在驅(qū)動(dòng)力P推動(dòng)下勻速前進(jìn)，由經(jīng)典力學(xué)可導(dǎo)出：推動(dòng)下勻速前進(jìn)，由經(jīng)典力學(xué)可導(dǎo)出： DA2 = K exp(-Q/KT) 其中，其

24、中，DA 為長(zhǎng)大中為長(zhǎng)大中A晶粒平均直徑，晶粒平均直徑，K為常數(shù)，為常數(shù)，為時(shí)間，為時(shí)間，Q為為Fe的自擴(kuò)散激活能。的自擴(kuò)散激活能。 可見(jiàn)在一定溫度可見(jiàn)在一定溫度T，隨時(shí)間隨時(shí)間，DA。 2. 異常長(zhǎng)大異常長(zhǎng)大 ( (1)1)異常長(zhǎng)大的原因異常長(zhǎng)大的原因 由于溫度由于溫度T升高，第二相顆粒升高，第二相顆粒(碳氮化合物碳氮化合物)的溶解，使阻力的溶解，使阻力F =0，而此時(shí)驅(qū)動(dòng)力而此時(shí)驅(qū)動(dòng)力P卻很大，故晶粒急劇長(zhǎng)大。卻很大，故晶粒急劇長(zhǎng)大。 ( (2)2)異常長(zhǎng)大的特點(diǎn)異常長(zhǎng)大的特點(diǎn) 長(zhǎng)大到一定程度不在長(zhǎng)大；在長(zhǎng)大過(guò)程中出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。長(zhǎng)大到一定程度不在長(zhǎng)大；在長(zhǎng)大過(guò)程中出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。 (1)加熱

25、溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間 T ,t ,A晶粒度晶粒度 (2)加熱速度加熱速度 快速加熱并短時(shí)保溫可獲得細(xì)小快速加熱并短時(shí)保溫可獲得細(xì)小A晶粒。晶粒。 (3)第二相顆粒第二相顆粒 (4)合金元素合金元素 (5)原始組織原始組織三三. .奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響因素奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響因素3.4、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制 影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素 (1) 加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間n 表現(xiàn)為表現(xiàn)為晶界的遷移晶界的遷移，實(shí)質(zhì)上是原子，實(shí)質(zhì)上是原子在晶界附近的在晶界附近的擴(kuò)散擴(kuò)散過(guò)程。過(guò)程。n 晶粒長(zhǎng)大速度與晶粒長(zhǎng)大速度與晶界遷移速率晶界遷移速率

26、及晶及晶粒長(zhǎng)大粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力成正比。成正比。晶界移動(dòng)激活能常數(shù) mmQKRRTQKV)82(exp 奧氏體晶粒大小與加熱溫度、奧氏體晶粒大小與加熱溫度、保溫時(shí)間的關(guān)系保溫時(shí)間的關(guān)系n 隨隨加熱溫度加熱溫度升高，升高，奧氏體晶粒長(zhǎng)大速奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度成指數(shù)關(guān)系迅速度成指數(shù)關(guān)系迅速增大。增大。n 加熱溫度升高時(shí)，加熱溫度升高時(shí)，保溫時(shí)間保溫時(shí)間應(yīng)相應(yīng)縮應(yīng)相應(yīng)縮短，這樣才能獲得短，這樣才能獲得細(xì)小的奧氏體晶粒。細(xì)小的奧氏體晶粒。n（2）加熱速度：）加熱速度：n 加熱速度快，奧氏體實(shí)際形成溫度高，形核率增加熱速度快，奧氏體實(shí)際形成溫度高，形核率增高，由于時(shí)間短奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，可獲得細(xì)小高，

27、由于時(shí)間短奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，可獲得細(xì)小的起始晶粒度的起始晶粒度加熱方法加熱方法加熱速度加熱速度 / /秒秒 加熱溫度（淬火后鐵素體消加熱溫度（淬火后鐵素體消失的溫度）失的溫度）/ 起始奧氏體晶粒的起始奧氏體晶粒的平均面積平均面積 / m2 爐內(nèi)加熱爐內(nèi)加熱0.03 82560282540883030感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱20087028100090029（3）鋼的碳含量的影響）鋼的碳含量的影響n(yōu) 碳在固溶于奧氏體的情況下，由于提高了鐵碳在固溶于奧氏體的情況下，由于提高了鐵的自擴(kuò)散系數(shù)，將促進(jìn)晶界的遷移，使奧氏體晶的自擴(kuò)散系數(shù)，將促進(jìn)晶界的遷移，使奧氏體晶粒長(zhǎng)大。共析碳鋼最容易長(zhǎng)大。粒長(zhǎng)大。共析碳

28、鋼最容易長(zhǎng)大。n 當(dāng)碳以未溶二次滲碳體形式存在時(shí)，由于其當(dāng)碳以未溶二次滲碳體形式存在時(shí)，由于其阻礙晶界遷移，所以將阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。過(guò)阻礙晶界遷移，所以將阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。過(guò)共析碳鋼的加熱溫度一般選在共析碳鋼的加熱溫度一般選在 Ac1 - Accm 兩相兩相區(qū)，為的就是保留一定的殘留滲碳體。區(qū)，為的就是保留一定的殘留滲碳體。（4）合金元素的影響）合金元素的影響n(yōu) Mn，P 促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大：促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大： Mn - 在奧氏體晶界偏聚，提高晶界能；在奧氏體晶界偏聚，提高晶界能； P - 在奧氏體晶界偏聚，提高鐵的自擴(kuò)散在奧氏體晶界偏聚，提高鐵的自擴(kuò)散系數(shù)。系數(shù)。n 強(qiáng)碳氮化物形成元素

29、強(qiáng)碳氮化物形成元素 Ti，Nb，V 形成高熔形成高熔點(diǎn)難溶碳氮化物（如點(diǎn)難溶碳氮化物（如TiC，NbN），），阻礙晶界阻礙晶界遷移，細(xì)化奧氏體晶粒。遷移，細(xì)化奧氏體晶粒。 Al Ti Zr V W Mo Cr Si Ni Cu 阻礙作用強(qiáng)阻礙作用強(qiáng) 阻礙作用弱阻礙作用弱 奧氏體晶粒直徑與加熱溫度的關(guān)系奧氏體晶粒直徑與加熱溫度的關(guān)系1 - 不含鋁的不含鋁的C-Mn鋼鋼 2 - 含含Nb-N鋼鋼（5）冶煉方法冶煉方法n 用用Al脫氧，可脫氧，可形成形成 AlN - 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼n 用用Si、Mn脫氧脫氧- 本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼 主要影響主要影響A的起始晶粒。原始組織越細(xì)，起始的起始

30、晶粒。原始組織越細(xì)，起始晶粒越細(xì)小。晶粒越細(xì)小。 但晶粒長(zhǎng)大傾向大，即過(guò)熱敏感性增大，不但晶粒長(zhǎng)大傾向大，即過(guò)熱敏感性增大，不可采用過(guò)高的加熱溫度和長(zhǎng)時(shí)間保溫，宜采用可采用過(guò)高的加熱溫度和長(zhǎng)時(shí)間保溫，宜采用快快速加熱、短時(shí)保溫速加熱、短時(shí)保溫的工藝方法。的工藝方法。（6）原始組織）原始組織 1 1、奧氏體晶粒大小控制、奧氏體晶粒大小控制 增加第二相顆粒起彌散分布增加第二相顆粒起彌散分布: : 如鋼中加如鋼中加Al ,Al ,形成形成AlNAlN顆粒、顆粒、 碳化物碳化物( (TiCTiC、NbCNbC等等) )細(xì)化組織細(xì)化組織 提高加熱速度提高加熱速度: : 利用溫度和時(shí)間對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響來(lái)細(xì)化晶粒。利用溫度和時(shí)間對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響來(lái)細(xì)化晶粒。 如高頻感應(yīng)加熱、激光加熱、電子