第二章奧氏體形成

1、 1-1 熱處理的條件熱處理的條件 熱處理的條件熱處理的條件有固態(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 例：例： 純金屬：有無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，純金屬：有無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，Al、Cu等等不可熱處理強(qiáng)化而只能依靠形變強(qiáng)化。不可熱處理強(qiáng)化而只能依靠形變強(qiáng)化。 合金：根據(jù)合金相圖判斷，有無固態(tài)相變合金：根據(jù)合金相圖判斷，有無固態(tài)相變或溶解度變化?；蛉芙舛茸兓?。 注：不包括低溫的去除應(yīng)力等退火注：不包括低溫的去除應(yīng)力等退火第二章第二章 鋼中奧氏體的形成鋼中奧氏體的形成 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

2、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 TNJEFLL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C鐵碳相圖鐵碳相圖熱處理第一步熱處理第一步 加熱奧氏體化加熱奧氏體化 1-2 奧氏體形成熱力學(xué)奧氏體形成熱力學(xué) 熱力學(xué)要求熱力學(xué)要求 G 0 GV 0 TA1系統(tǒng)自由能變系統(tǒng)自由能變化化A、P 的體積的體積自由能差自由能差表面能變表面能變化化彈性畸變能：彈性畸變能：相變時(shí)因體相變時(shí)因體積變化及界積變化及界面原子不匹面原子不匹配而消耗的配而消耗的能量能量相變驅(qū)動(dòng)力相變驅(qū)動(dòng)力相變阻力相變阻

3、力 G = - GV + GS + GE 1 熱力學(xué)條件熱力學(xué)條件: TA1 即即存在過熱度存在過熱度T : T實(shí)際轉(zhuǎn)變實(shí)際轉(zhuǎn)變- T理論轉(zhuǎn)變理論轉(zhuǎn)變FTFPFAA1TT實(shí)際實(shí)際原因：原因： 以珠光體與奧氏體的體積自由能之差來提供驅(qū)以珠光體與奧氏體的體積自由能之差來提供驅(qū)動(dòng)力以克服新相晶核的表面能及彈性畸變能。動(dòng)力以克服新相晶核的表面能及彈性畸變能。 影響過熱度主要因素影響過熱度主要因素 V加熱加熱 V加熱加熱 越大，偏離平衡溫度越遠(yuǎn)，過熱越大，偏離平衡溫度越遠(yuǎn)，過熱度度T 越大；越大； 同樣，對同樣，對冷卻過程冷卻過程的相變存在的相變存在過冷度過冷度： V冷卻冷卻 越大，過冷度越大，過冷度T

4、 亦越大。亦越大。原因：原因： 彈性應(yīng)變能加大，相變阻力加大彈性應(yīng)變能加大，相變阻力加大A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3實(shí)際中實(shí)際中 PA轉(zhuǎn)變溫度隨加熱速度不同而變化。轉(zhuǎn)變溫度隨加熱速度不同而變化。 鋼的熱處理中六個(gè)重要的溫度參數(shù)：鋼的熱處理中六個(gè)重要的溫度參數(shù)： A1 A3 Acm ； Ac1 Ac3 Accm 加熱過程加熱過程 Ar1 Ar3 Arcm 冷卻過程冷卻過程熱處理常用的臨界點(diǎn)及意義熱處理常用的臨界點(diǎn)及意義 1-3 奧氏體形成的機(jī)理奧氏體形成的機(jī)理 定義：定義：C 固溶于面心立方結(jié)構(gòu)的固溶于面心立方結(jié)構(gòu)的 -Fe 中形成的中形成的固溶體。固溶體。 結(jié)構(gòu)：結(jié)

5、構(gòu)：相中有八面體間隙，相中有八面體間隙， R間隙間隙 = 0.535 A R c=0.77A 晶格畸變，晶格畸變，并非所有晶胞均可溶碳，由并非所有晶胞均可溶碳，由C=2.11%（1148） 2.5個(gè)晶胞溶一個(gè)個(gè)晶胞溶一個(gè)C原子。原子。 性能：順磁性；比容最??；性能：順磁性；比容最?。?塑性好；線膨脹系數(shù)較大塑性好；線膨脹系數(shù)較大 奧氏體組織結(jié)構(gòu)和性能奧氏體組織結(jié)構(gòu)和性能 以共析鋼為例以共析鋼為例: F + Fe3C A (727 ) 成分成分(C%) 0.0218 6.69 0.77結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 體心立方體心立方 復(fù)雜斜方復(fù)雜斜方 面心立方面心立方 說明奧氏體化中須兩個(gè)過程：說明奧氏體化中須兩個(gè)過

6、程： 鐵鐵晶格改組晶格改組： Fe 擴(kuò)散擴(kuò)散 C 成分變化成分變化： C 的擴(kuò)散的擴(kuò)散 奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化3 奧氏體形成機(jī)理奧氏體形成機(jī)理 奧氏體化為固態(tài)相變過程奧氏體化為固態(tài)相變過程: (1)任何固態(tài)相變均需形核與長大過程任何固態(tài)相變均需形核與長大過程 (2)形核需要：形核需要：過熱度過熱度 成分起伏、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏成分起伏、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏晶界或相界、位錯(cuò)等缺陷處易形核的原因晶界或相界、位錯(cuò)等缺陷處易形核的原因 要點(diǎn)：要點(diǎn)： （4）奧氏體中）奧氏體中 C 的擴(kuò)散均勻化。的擴(kuò)散均勻化。 （3） 剩余剩余 Fe3C 的溶解；的溶解； （2）奧氏體向）

7、奧氏體向 F 及及 Fe3C 兩側(cè)長大兩側(cè)長大 （1）奧氏體在）奧氏體在FFe3C 界面上形核界面上形核- 十秒十秒- 幾百秒幾百秒- 千秒千秒- 萬秒萬秒 兩個(gè)平衡的打破與再平衡：兩個(gè)平衡的打破與再平衡： A相內(nèi)部平衡：成分均勻化相內(nèi)部平衡：成分均勻化 A F兩相界面之間、兩相界面之間、A- Fe3C兩相界面之間的平衡兩相界面之間的平衡具體分析：具體分析：階段（階段（2）原因：）原因： A 形核后出現(xiàn)形核后出現(xiàn)、-Fe3C 界面，界面界面，界面 C% 由相由相圖確定，分別為圖確定，分別為 C-、C-K、C-、C-K A 內(nèi)部存在內(nèi)部存在 C 濃度梯度濃度梯度C 從從A-Fe3C界面附近向界面

8、附近向 A-F 界面附近擴(kuò)散界面附近擴(kuò)散C-K，C- A F、A- Fe3C 界面相平衡被破壞界面相平衡被破壞Fe3C中中C向向A中擴(kuò)散，中擴(kuò)散，A 中中C向向F中擴(kuò)散中擴(kuò)散Fe3C、F均轉(zhuǎn)變?yōu)榫D(zhuǎn)變?yōu)锳。長大速度取決于長大速度取決于C 在在 A 中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù) 和和A 中中 C 的濃度差的濃度差長大速度取決于新相與母相結(jié)構(gòu)與成分的差異長大速度取決于新相與母相結(jié)構(gòu)與成分的差異F 先溶解而先溶解而Fe3C有剩余的原因：有剩余的原因：A 向向 F 側(cè)側(cè)長大速度長大速度G =D dcdx 1/ C（-） = D dcdx 1/(C - -C -) 長大的長大的 相界面處相界面處 C 濃度差

9、濃度差C（-） 或或C（-K）, 反比。反比。 A 中中 C 的濃度差的濃度差 dcdx , 正比；正比； C 在在 A 中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù) D ，正比；，正比； 主要與主要與 A 向向 F 和和 Fe3C 的長大速度不同有關(guān)。的長大速度不同有關(guān)。 A 向向 F 和和 Fe3C 的長大速度主要與三個(gè)因素有關(guān)：的長大速度主要與三個(gè)因素有關(guān)：A 向向 Fe3C 側(cè)側(cè)長大速度長大速度G =D dcdx 1/ C（-K） = D dcdx 1/(6.69-C -K ) Fe3C A 晶體結(jié)構(gòu)差別晶體結(jié)構(gòu)差別 F A晶體結(jié)構(gòu)差別晶體結(jié)構(gòu)差別 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變難結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變難 故故A 向向 F 側(cè)長大速度側(cè)長大

10、速度 A 向向 Fe3C 側(cè)長大速度側(cè)長大速度由于由于: 6.69- C -K C - -C -A; 成分轉(zhuǎn)變難成分轉(zhuǎn)變難F 先消失而先消失而 Fe3C 有剩余。有剩余。階段階段(4)原因原因： 原子擴(kuò)散速度很慢，奧氏體中原是原子擴(kuò)散速度很慢，奧氏體中原是 Fe3C 的位的位置置 C 濃度高，而原濃度高，而原 F 相的地方相的地方 C 濃度低。濃度低。 C 分分布的不均勻性布的不均勻性 4 亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體化過程亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體化過程 亞共析鋼：亞共析鋼：F + P F + A A 過共析鋼：過共析鋼： Fe3C + P Fe3C + A A學(xué)習(xí)奧氏體化四過程的意義：學(xué)習(xí)奧

11、氏體化四過程的意義： 實(shí)際熱處理中并不一定要求奧氏體的擴(kuò)散實(shí)際熱處理中并不一定要求奧氏體的擴(kuò)散均勻化或均勻化或 Fe3C 的完全溶解，有時(shí)須保留一定的完全溶解，有時(shí)須保留一定量的量的Fe3C或非均勻或非均勻 A ，則可控制加熱過程來達(dá)，則可控制加熱過程來達(dá)到要求的奧氏體化程度。到要求的奧氏體化程度。亞共析鋼的奧氏體化過程亞共析鋼的奧氏體化過程過共析鋼的奧氏體化過程過共析鋼的奧氏體化過程 （2）工具鋼（過共析、高碳）要求高硬度，）工具鋼（過共析、高碳）要求高硬度，淬火時(shí)須保留一定淬火時(shí)須保留一定 Fe3C 控制淬火加熱溫度控制淬火加熱溫度Ac1 T Accm 。 使不完全奧氏體化使不完全奧氏體化

12、 例例（1）預(yù)備熱處理中的球化退火工藝，要求）預(yù)備熱處理中的球化退火工藝，要求獲得粒狀珠光體獲得粒狀珠光體 要求奧氏體化時(shí)要求奧氏體化時(shí)A 中中 C 不均勻不均勻 控制第四階段控制第四階段* 奧氏體化的目的：奧氏體化的目的： 獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒 * 實(shí)際熱處理中實(shí)際熱處理中 須控制奧氏體化程度。須控制奧氏體化程度。 *珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體是面心立方鐵晶格建珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體是面心立方鐵晶格建立過程和碳原子及其它元素由不均勻趨向均勻分立過程和碳原子及其它元素由不均勻趨向均勻分布的過程，布的過程，晶格的改組與成分的變化晶格的改組與成分的變化均是通過鐵均是

13、通過鐵原子、碳原子及其它元素的原子、碳原子及其它元素的長程擴(kuò)散長程擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。這實(shí)現(xiàn)的。這種相變過程稱為種相變過程稱為擴(kuò)散型相變擴(kuò)散型相變。 珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的相變?yōu)榧償U(kuò)散型相變珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的相變?yōu)榧償U(kuò)散型相變完全奧氏體化與不完全奧氏體化完全奧氏體化與不完全奧氏體化FeFeCFe3Cn完全奧氏體化完全奧氏體化亞共析鋼和亞共析鋼和過共析鋼必須加熱到上臨界點(diǎn)過共析鋼必須加熱到上臨界點(diǎn)以上，才能全部完成奧氏體化，以上，才能全部完成奧氏體化，得到單相奧氏體組織。這種加得到單相奧氏體組織。這種加熱稱為熱稱為“完全奧氏體化完全奧氏體化”。TAc3 (或或Accm)Ac1TAc3Ac1TAccm不完

14、全奧氏體化不完全奧氏體化在上、下臨在上、下臨界點(diǎn)之間加熱，便會(huì)得到兩相界點(diǎn)之間加熱，便會(huì)得到兩相組織，除了奧氏體之外，還有組織，除了奧氏體之外，還有一部分尚未轉(zhuǎn)變的先共析相。一部分尚未轉(zhuǎn)變的先共析相。這種加熱稱為這種加熱稱為“不完全奧氏體不完全奧氏體化化”。n 奧氏體晶核的長大速度奧氏體晶核的長大速度界面上的碳濃度差界面上的碳濃度差小晶粒厚度為生成的中的濃度梯度碳在中的擴(kuò)散系數(shù)碳在其中：CFeCCCCCCdxCCdCdxdCDCCdxdCDCdxdCDCdxdCDGGGKKKrKrKkk3/;)22()11(112.2 奧氏體形成的動(dòng)力學(xué)奧氏體形成的動(dòng)力學(xué)2.2.1 形核率形核率n 為了滿足形

15、核的熱力學(xué)條件，需依靠能量起為了滿足形核的熱力學(xué)條件，需依靠能量起伏，補(bǔ)償臨界晶核形核功，所以形核率應(yīng)與獲伏，補(bǔ)償臨界晶核形核功，所以形核率應(yīng)與獲得能量漲落的幾率因子得能量漲落的幾率因子 exp(-G*/kT) 成正比。成正比。n為了達(dá)到奧氏體晶核對成分的要求，需要原為了達(dá)到奧氏體晶核對成分的要求，需要原子越過能壘，經(jīng)擴(kuò)散富集到形核區(qū)，所以應(yīng)與子越過能壘，經(jīng)擴(kuò)散富集到形核區(qū)，所以應(yīng)與原子擴(kuò)散的幾率因子原子擴(kuò)散的幾率因子 exp(-Q/kT) 成正比。成正比。 N = C exp(-G*/kT)exp(-Q/kT) 式中式中: N - 形核率，單位形核率，單位 1/(mm3 s) C- 常數(shù)；常

16、數(shù)； T - 絕對溫度絕對溫度 k - 玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，1.38X10-23 J/K G* - 臨界形核功；臨界形核功； Q - 擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能 驅(qū)動(dòng)力因素項(xiàng)驅(qū)動(dòng)力因素項(xiàng)擴(kuò)散因素項(xiàng)擴(kuò)散因素項(xiàng)PA的相變，是升高溫度的相變，的相變，是升高溫度的相變，溫度升高時(shí)溫度升高時(shí)，G*，Q，故，故形核率形核率 N 增大增大。2.2.2 奧氏體線長大速度奧氏體線長大速度) 22 ()11(KCCdxdCDG G 長大線速度，單位長大線速度，單位 mm/sn 碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù) D=D0exp(-Q/RT) 阿累尼烏斯方程阿累尼烏斯方程(Arrhenius)當(dāng)當(dāng) T時(shí)

17、，時(shí)，D, dC, C, Ck 從而從而線長大速度線長大速度G增大增大。2.2.3 奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)曲線奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)曲線n 設(shè)新形成的奧氏體為球狀，則由約翰遜設(shè)新形成的奧氏體為球狀，則由約翰遜-邁邁爾方程（爾方程（Johnson-Mehl方程方程)：) 42 ()3exp(143tNGVtVt - 新形成奧氏體的體積分?jǐn)?shù)新形成奧氏體的體積分?jǐn)?shù) 奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)曲線奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)曲線 動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn)： n 轉(zhuǎn)變量達(dá)轉(zhuǎn)變量達(dá)50%左右時(shí)，左右時(shí)，轉(zhuǎn)變速度最大。轉(zhuǎn)變速度最大。n 轉(zhuǎn)變溫度越高，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度越高，奧氏體形成的孕育期越短。形成的孕育期越短。n 轉(zhuǎn)變

18、溫度越高，完成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度越高，完成轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間越短。變所需的時(shí)間越短。2.2.4 連續(xù)加熱時(shí)奧氏體的形成特點(diǎn)連續(xù)加熱時(shí)奧氏體的形成特點(diǎn)連續(xù)加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線連續(xù)加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線n 奧氏體形成是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的。奧氏體形成是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的。n 隨加熱速度增大，轉(zhuǎn)變趨向高溫，且轉(zhuǎn)變溫度隨加熱速度增大，轉(zhuǎn)變趨向高溫，且轉(zhuǎn)變溫度范圍擴(kuò)大，而轉(zhuǎn)變速度則增大。范圍擴(kuò)大，而轉(zhuǎn)變速度則增大。n 隨加熱速度增大，隨加熱速度增大，C，F(xiàn)e原子來不及擴(kuò)散，所原子來不及擴(kuò)散，所形成的奧氏體成分不均勻性增大。形成的奧氏體成分不均勻性增大。n 快速加熱時(shí)，奧氏體形成溫度升

19、高，可引起奧快速加熱時(shí)，奧氏體形成溫度升高，可引起奧氏體起始晶粒細(xì)化；同時(shí)，剩余滲碳體量也增多，氏體起始晶粒細(xì)化；同時(shí)，剩余滲碳體量也增多，形成奧氏體的平均碳含量降低。形成奧氏體的平均碳含量降低。2.2.5 奧氏體形成速度的影響因素奧氏體形成速度的影響因素n 除轉(zhuǎn)變除轉(zhuǎn)變溫度溫度和和加熱速度加熱速度外，還有：外，還有：（1）鋼的原始組織狀態(tài)鋼的原始組織狀態(tài)n 原始組織越細(xì)，晶體缺陷越多，奧氏原始組織越細(xì)，晶體缺陷越多，奧氏體轉(zhuǎn)變過程越快。體轉(zhuǎn)變過程越快。n 片狀珠光體快于粒狀珠光體。片狀珠光體快于粒狀珠光體。（2）鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分n 含碳量含碳量越高，滲碳體與鐵素體的總相界面積越高，滲

20、碳體與鐵素體的總相界面積越大，越大，F(xiàn)e、C原子擴(kuò)散系數(shù)增大，從而增高原子擴(kuò)散系數(shù)增大，從而增高N和和G，形成速度增大。，形成速度增大。n 碳化物形成元素碳化物形成元素Cr，W，Mo，V，阻礙碳的，阻礙碳的擴(kuò)散，降低形成速度。擴(kuò)散，降低形成速度。n 非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni，Co，加速碳的擴(kuò)散，加速碳的擴(kuò)散，增大形成速度。增大形成速度。n Mn，Ni降低鋼的臨界點(diǎn)，細(xì)化原珠光體組織，降低鋼的臨界點(diǎn)，細(xì)化原珠光體組織，增大形成速度。增大形成速度。2.3 奧氏體晶粒長大及其控制奧氏體晶粒長大及其控制2.3.1 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度n 奧氏體晶粒大小用晶粒度表示，通常分為奧氏體晶粒大

21、小用晶粒度表示，通常分為8級，級， 1級最粗，級最粗，8級最細(xì)，級最細(xì)，8級以上為超細(xì)晶粒。級以上為超細(xì)晶粒。晶粒度級別與晶粒大小的關(guān)系晶粒度級別與晶粒大小的關(guān)系 n = 2N-1 n - x100倍時(shí)，晶粒數(shù)倍時(shí)，晶粒數(shù) / in2 N - 晶粒度級別晶粒度級別 X100倍倍 晶粒度晶粒度n 奧氏體晶粒度有三種：奧氏體晶粒度有三種： 初始晶粒度初始晶粒度 - 奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體形成剛結(jié)束，其晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的晶粒大其晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的晶粒大小。初始晶粒一般很細(xì)小，大小不均，小。初始晶粒一般很細(xì)小，大小不均，晶界彎曲。晶界彎曲。 實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度 - 鋼經(jīng)熱處理后所獲得鋼

22、經(jīng)熱處理后所獲得的實(shí)際奧氏體晶粒大小。的實(shí)際奧氏體晶粒大小。 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度 - 表示鋼在一定加熱條件下奧表示鋼在一定加熱條件下奧氏體晶粒長大的傾向性。氏體晶粒長大的傾向性。在在 93010，保溫，保溫38小時(shí)后測定：小時(shí)后測定： 14級級-本質(zhì)粗晶粒鋼，晶粒容易長大。本質(zhì)粗晶粒鋼，晶粒容易長大。 58級級-本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，晶粒不容易長大本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，晶粒不容易長大加熱溫度對奧氏體晶粒大小的影響加熱溫度對奧氏體晶粒大小的影響Ac19302.3.2 奧氏體晶粒長大機(jī)制奧氏體晶粒長大機(jī)制(1) 晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力0)2() 1 (2PRPRRRP，平直晶界時(shí)越大；越小，晶粒越細(xì)小

23、，球面曲率半徑比界面能n 驅(qū)動(dòng)力：驅(qū)動(dòng)力：來自來自A總的晶界能的下降總的晶界能的下降 減少晶界方法：減少晶界方法：晶粒長大；晶界平直化晶粒長大；晶界平直化n 長大方式：通過界面遷移而長大。長大方式：通過界面遷移而長大。對球面晶界，有一指向曲率中心的驅(qū)動(dòng)力對球面晶界，有一指向曲率中心的驅(qū)動(dòng)力P作用于晶界作用于晶界RP實(shí)際金屬由多晶粒構(gòu)成，晶界由兩側(cè)晶粒共屬：實(shí)際金屬由多晶粒構(gòu)成，晶界由兩側(cè)晶粒共屬：發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢：n三晶界交會(huì)處的面角應(yīng)為三晶界交會(huì)處的面角應(yīng)為120o，晶界將彎曲成，晶界將彎曲成曲率中心在小晶粒一側(cè)的曲面晶界；曲率中心在小晶粒一側(cè)的曲面晶界；n大晶粒將吃掉小晶粒，使總晶界面積

24、減少，總大晶粒將吃掉小晶粒，使總晶界面積減少，總的界面能降低。的界面能降低。n三晶界交會(huì)處須保持界面張力平衡；三晶界交會(huì)處須保持界面張力平衡；n晶界盡可能平直化晶界盡可能平直化n盡可能減少總界面。盡可能減少總界面。大晶粒吃掉小晶粒示意圖大晶粒吃掉小晶粒示意圖(箭頭表示晶界遷移方向箭頭表示晶界遷移方向) 晶粒大小均勻一致時(shí)晶粒大小均勻一致時(shí)穩(wěn)定的二維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的二維結(jié)構(gòu)實(shí)際生長中與奧氏體晶粒不均勻程度有關(guān)實(shí)際生長中與奧氏體晶粒不均勻程度有關(guān)晶界向鄰接晶粒數(shù)少的晶粒一側(cè)推進(jìn)，晶界向鄰接晶粒數(shù)少的晶粒一側(cè)推進(jìn)， 最終二維結(jié)構(gòu)向平直的六邊形發(fā)展最終二維結(jié)構(gòu)向平直的六邊形發(fā)展(2) 晶界遷移阻力晶界遷移阻

25、力n 當(dāng)晶界遷移遭遇第二相粒子時(shí)，晶界面積將增加，當(dāng)晶界遷移遭遇第二相粒子時(shí)，晶界面積將增加，所受的最大阻力為：所受的最大阻力為：第二相微粒的半徑第二相微粒的體積分?jǐn)?shù)rfrfF23max 第二相微粒所占的體積分?jǐn)?shù)第二相微粒所占的體積分?jǐn)?shù)f一定時(shí)，一定時(shí)，第二相粒第二相粒子越細(xì)小子越細(xì)小(r越小越小)，提供的對，提供的對晶界遷移晶界遷移的總的總阻力越大阻力越大反之，當(dāng)?shù)诙辔⒘４只瘯r(shí)，對晶界遷移的總阻反之，當(dāng)?shù)诙辔⒘４只瘯r(shí)，對晶界遷移的總阻力將會(huì)變小。力將會(huì)變小。當(dāng)?shù)诙辔⒘７植己懿痪鶆驎r(shí)，當(dāng)?shù)诙辔⒘７植己懿痪鶆驎r(shí)，晶粒長大出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象晶粒長大出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象正常長大正常長大當(dāng)晶界遷移阻力相

26、對均勻當(dāng)晶界遷移阻力相對均勻時(shí)，晶粒通過大吃小正常長大時(shí)，晶粒通過大吃小正常長大是一種大吃小的不均勻長大過程，結(jié)果是一種大吃小的不均勻長大過程，結(jié)果獲得長大的、均勻、穩(wěn)定的晶粒獲得長大的、均勻、穩(wěn)定的晶粒異常長大異常長大當(dāng)晶界遷移阻力極不均勻當(dāng)晶界遷移阻力極不均勻時(shí)，少數(shù)晶粒通過大吃小異常長大時(shí)，少數(shù)晶粒通過大吃小異常長大常見原因常見原因（1）當(dāng)加熱溫度高于）當(dāng)加熱溫度高于某值時(shí)，某值時(shí)，第二相粒子第二相粒子發(fā)發(fā)生生溶解溶解；（2）原始組織中第二）原始組織中第二相分布極不均勻相分布極不均勻(3) 奧氏體晶粒長大過程奧氏體晶粒長大過程奧氏體晶粒長大過程奧氏體晶粒長大過程孕育期：溫度愈高，孕育期：

27、溫度愈高，孕育期愈短。孕育期愈短。 不不均勻長大均勻長大期：粗期：粗細(xì)晶粒共存。細(xì)晶粒共存。均勻長大均勻長大期：細(xì)小期：細(xì)小晶粒被吞并后，緩晶粒被吞并后，緩慢長大。慢長大。奧氏體晶粒長大涉及幾個(gè)概念?yuàn)W氏體晶粒長大涉及幾個(gè)概念不均勻長大和均勻長大不均勻長大和均勻長大不均勻長大不均勻長大溫度一定時(shí)溫度一定時(shí), 隨時(shí)間隨時(shí)間延長延長, 晶粒不斷長大。晶粒不斷長大。均勻長大均勻長大溫度一定時(shí)溫度一定時(shí), 隨時(shí)間隨時(shí)間延長延長, 晶粒不再長大。晶粒不再長大。奧氏體晶粒長大涉及幾個(gè)概念?yuàn)W氏體晶粒長大涉及幾個(gè)概念正常長大正常長大加熱轉(zhuǎn)變中加熱轉(zhuǎn)變中, 保溫時(shí)間一定時(shí)保溫時(shí)間一定時(shí), 隨保溫隨保溫溫度升高溫度

28、升高, A晶粒不斷長晶粒不斷長大大, 稱為正常長大稱為正常長大異常長大異常長大加熱轉(zhuǎn)變中加熱轉(zhuǎn)變中, 保溫時(shí)間一定時(shí)保溫時(shí)間一定時(shí),必須當(dāng)必須當(dāng)溫度超過某定值后溫度超過某定值后, 晶粒晶粒才隨溫度升高而急劇長大才隨溫度升高而急劇長大, 稱為異常長大，稱為異常長大，混晶混晶現(xiàn)象現(xiàn)象正常長大和異常長大正常長大和異常長大正常長大和異常長大正常長大和異常長大異常長大異常長大2.3.3 影響奧氏體晶粒長大的因素影響奧氏體晶粒長大的因素 (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)為晶界的遷移，實(shí)質(zhì)上是原子表現(xiàn)為晶界的遷移，實(shí)質(zhì)上是原子在晶界附近的擴(kuò)散過程。在晶界附近的擴(kuò)散過程。n 晶粒長大速度與晶界遷移速率及晶晶粒長大速度與晶界遷移速率及晶粒長大驅(qū)動(dòng)力成正比。粒長大驅(qū)動(dòng)力成正比。晶界移動(dòng)激活能常數(shù) mmQKRRTQKVexp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 隨加熱溫度升高，隨加熱溫度升高，奧氏體晶粒長大速奧氏體晶粒長大速度成指數(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)間應(yīng)相應(yīng)縮保溫時(shí)間應(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