奥氏体晶粒长大及其控制
奥氏体晶粒长大及其控制
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起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体 的晶粒大小。 实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体 晶粒的大小。 本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃ 以下,随温度升高,晶粒长 大的程度。
加热速度愈大，过热度就愈大，即奥氏体实际形成温度就愈高，奥氏体的形核率与长大速度之比值I/G增大（表9.1），所以快速加热时可以获得细小的奥氏体起始晶粒。而且，加热速度愈快，奥氏体起始晶粒就愈细小。
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表9.1 奥氏体的形核率I、长大速度G 与温度的关系
转变温度 （℃）
形核率I （1/mm3·s）
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（2）晶界推移阻力
图9.12 晶界移动时与第二相粒子的交互作用示意图
1
2
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在第二相粒子附近的晶界发生弯曲，导致晶界面积增大，界面能升高。弥散析出的第二相粒子愈细小，粒子附近晶界的弯曲曲率就愈大，晶界面积的增大就愈多，因此界面能的增大也就愈多。这个使系统自由能增加的过程是不可能自发进行的。所以，沉淀析出的第二相粒子的存在是晶界推移的阻力。
9.1.4 奥氏体晶粒长大 及其控制
1．奥氏体晶粒度 2．奥氏体晶粒长大原理 3．影响奥氏体晶粒长大的因素
奥氏体化的目的是获得成分均匀和一定晶粒大小的奥氏体组织。多数情况下希望获得细小的奥氏体晶粒，有时也需要得到较大的奥氏体晶粒。因此，为获得所期望的奥氏体晶粒尺度，必须了解奥氏体晶粒的长大规律，掌握控制奥氏体晶粒度的方法。
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（4）合金元素的影响
钢中加入适量形成难溶化合物的合金元素如Nb、Ti、Zr、V、Al、Ta等，将强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒粗化温度显著升高。上述合金元素在钢中形成熔点高、稳定性强、不易聚集长大的NbC、NbN、Nb(C,N)、TiC等化合物，它们弥散分布于奥氏体基体中，阻碍晶粒长大，从而保持细小的奥氏体晶粒。
奥氏体不锈钢晶粒度
奥氏体不锈钢晶粒度一、奥氏体不锈钢概述奥氏体不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性和力学性能的不锈钢，其主要成分为铁、铬、镍等元素。
在我国，奥氏体不锈钢被广泛应用于化工、建筑、食品等行业。
了解奥氏体不锈钢的晶粒度对其性能的影响，对指导生产实践具有重要意义。
二、晶粒度的影响因素1.化学成分奥氏体不锈钢的晶粒度主要受化学成分的影响。
其中，铬、镍等元素的含量对晶粒度的形成有重要作用。
铬能提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性，而镍则有助于改善晶粒度。
合理调整化学成分，可以有效提高奥氏体不锈钢的晶粒度。
2.热处理工艺热处理工艺是影响奥氏体不锈钢晶粒度的关键因素。
适当的热处理可以促使晶粒细化，提高不锈钢的性能。
常见的奥氏体不锈钢热处理工艺包括固溶处理、时效处理等。
3.冷却速度冷却速度也是影响奥氏体不锈钢晶粒度的重要因素。
冷却速度过快，容易导致晶粒长大；冷却速度过慢，晶粒度细化效果不佳。
因此，在生产过程中，控制合适的冷却速度对提高晶粒度至关重要。
三、晶粒度对奥氏体不锈钢性能的影响1.力学性能奥氏体不锈钢的晶粒度对其力学性能有很大影响。
晶粒度越细，不锈钢的抗拉强度、屈服强度等力学性能指标越好。
此外，细晶奥氏体不锈钢具有较好的延展性、韧性和耐磨性。
2.耐腐蚀性晶粒度对奥氏体不锈钢的耐腐蚀性也有很大影响。
晶粒度越细，不锈钢表面的钝化膜越致密，耐腐蚀性越好。
在腐蚀环境下，细晶奥氏体不锈钢具有更长的使用寿命。
四、提高奥氏体不锈钢晶粒度的方法1.合理调整化学成分通过调整铬、镍等元素的含量，可以有效提高奥氏体不锈钢的晶粒度。
在生产过程中，可以根据实际需求合理搭配化学成分，以达到优化晶粒度的目的。
2.优化热处理工艺优化奥氏体不锈钢的热处理工艺，可以促使晶粒细化。
例如，采用合适的固溶处理温度和保温时间，能使晶粒得到有效细化。
3.控制冷却速度在生产过程中，控制合适的冷却速度对提高奥氏体不锈钢的晶粒度至关重要。
通过调整冷却速度，可以有效避免晶粒长大，实现细晶目的。
奥氏体晶粒粗化现象
奥氏体晶粒粗化现象
奥氏体晶粒粗化现象是金属材料在高温处理过程中常见的一种
现象。
在高温条件下，奥氏体晶粒会逐渐长大，最终导致材料的机械性能下降。
这种现象通常是由于热处理过程中温度控制不当或者保温时间过长引起的。
在金属材料加工过程中，奥氏体晶粒的大小是非常重要的。
细小的晶粒可以提高材料的强度和韧性，而粗大的晶粒则会导致材料变脆。
因此，控制奥氏体晶粒的大小是金属材料加工中的一项重要技术。
为了防止奥氏体晶粒粗化，需要采取一系列措施。
首先，要严格控制热处理温度和保温时间，避免长时间处于高温状态。
其次，可以采用一些特殊的热处理工艺，如等温淬火、循环淬火等，来细化奥氏体晶粒。
此外，还可以通过合金化、表面涂层等方法来提高材料的抗晶粒粗化能力。
总之，奥氏体晶粒粗化现象是金属材料加工中需要关注的一个重要问题。
通过合理的热处理工艺和材料选择，可以有效地防止奥氏体晶粒粗化，提高材料的机械性能。
细化奥氏体晶粒的措施
细化奥氏体晶粒的措施细化奥氏体晶粒是一种改善材料性能的重要方法。
奥氏体晶粒的细化可以提高材料的强度、韧性和耐蚀性能，因此在材料加工和热处理过程中，细化奥氏体晶粒的措施非常重要。
本文将介绍几种常见的细化奥氏体晶粒的措施。
1. 控制冷却速率冷却速率是影响奥氏体晶粒尺寸的重要因素之一。
通常情况下，快速冷却可以得到较细的奥氏体晶粒。
通过控制冷却速率，可以有效地细化奥氏体晶粒。
例如，在淬火过程中，可以采用水淬或油淬的方式，使材料迅速冷却，从而细化奥氏体晶粒。
2. 添加细化剂细化剂是一种能够促使奥氏体晶粒细化的物质。
常用的细化剂包括铝、钛、硼等元素。
这些元素可以在材料熔炼或热处理过程中加入，通过形成细小的化合物或析出相来细化奥氏体晶粒。
细化剂的添加可以显著改善材料的力学性能和耐蚀性能。
3. 加热退火处理加热退火是一种常用的细化奥氏体晶粒的方法。
在加热退火过程中，材料会被加热到一定温度，然后缓慢冷却。
通过加热退火处理，可以使奥氏体晶粒重新长大，并形成较大的晶粒。
然后再通过再次冷却来细化奥氏体晶粒。
这种方法可以在一定程度上控制奥氏体晶粒的尺寸。
4. 热机械处理热机械处理是一种将热处理和机械变形相结合的方法。
通过在高温下对材料进行塑性变形，然后再进行快速冷却，可以有效地细化奥氏体晶粒。
在热机械处理过程中，塑性变形可以引起晶体的位错运动和晶界的迁移，从而细化奥氏体晶粒。
5. 控制合金元素含量合金元素的含量是影响奥氏体晶粒尺寸的重要因素之一。
适量的合金元素可以起到细化奥氏体晶粒的作用。
例如，钼对奥氏体晶粒具有细化作用，可以有效地控制晶粒尺寸。
因此，在材料设计和制备过程中，需要合理控制合金元素的含量，以实现奥氏体晶粒的细化。
细化奥氏体晶粒是一种提高材料性能的重要方法。
通过控制冷却速率、添加细化剂、加热退火处理、热机械处理以及控制合金元素含量等措施，可以有效地细化奥氏体晶粒。
这些措施可以提高材料的强度、韧性和耐蚀性能，从而满足不同工程应用的需求。
第三讲 奥氏体晶粒长大及其控制
F=2/R
• 可知：由界面能所提供的作用于单位面积晶界
上的驱动力F与界面能成正比，而与界面曲率
半径成反比，力的方向指向曲率中心。 • 单位面积晶界界面能越大，晶粒尺寸越小，则 奥氏体晶粒长大的驱动力就越大。
2、晶界推移阻力
• 晶界或晶内细小难溶
的第二相粒子将阻碍
越高，孕育期越短，形成速 度越快。 • A形成的开始和终了时速度 较慢，中间快
• 在整个A形成过程中，奥氏
体成分均匀化所需的时间最 长。
连续加热时的奥氏体形成
• 与等温加热转变大致相 同—经过四个阶段？
• 影响因素也基本相同
• 其特点如下：
1)在一定的加热速度范围 内，相变临界点随加热 速度增大而升高 • 当加热速度达到一定时， 相变温度均为1130°C
晶界的迁移。
• 沉淀析出的第二相粒 子是晶界推移的阻力
• 第二相粒子对晶界推移的最大阻力为：
• 可见：粒子的尺寸越小、单位体积中粒子数越 多，对晶界推移的阻力就越大。 • A晶粒长大，则驱动力降低，与阻力平衡时A停 止长大。
本质细晶粒钢在950C以上，难溶的第二相粒子 将聚合或溶解，失去抑制晶粒长大的作用。
思考题：
• 钢中沉淀析出粒子对奥氏体晶粒长大有什
么影响？
• P32：4，5，8，11，12
加热温度、保温时间、加热速度、化学成分
1、加热温度越高，保温时间越长，
奥氏体晶粒将越粗大
2、加热速度越大，可 以获得细小的奥氏
体起始晶粒，但奥
氏体晶粒很容易长 大，所以快速加热 时，需短时保温才 能获得细小的奥氏
体晶粒。
• 3、含碳量的影响
• 亚共析钢、共析钢
加热时奥氏体晶粒 随钢中碳含量增加 而增大；过共析钢 随钢中碳含量的增
材料热处理原理第二章 奥氏体的形成
• 奥氏体的形成速度：形核率I 和长大速度G
转变温度/℃
740 760 780 800
共析碳钢
形核率I /(1/mm3s)
长大速度 G/(mm/s)
2280
0.0005
11000
0.010
51500
0.026
616000
0.041
转变一半所需 时间/s 100 9 3 1
• T，形成速度增大
1. 奥氏体等温形成动力学
结构： 体心立方 复杂斜方 面心立方
C含量： 0.02% 6.69% 0.77%
奥氏体A(γ)
Acm A3
A1
奥氏体的形成： （1） 的点阵重构 （2）渗碳体的溶解 （3）C在中的扩散重新分布
1. 奥氏体形核
G -Vgv S V < 0
V•gv :新奥氏体与母相之间的体积 自由能之差，加热相变的动力
T，有利于改善淬火钢尤其是淬火高碳工具钢的韧性。
1. 奥氏体等温形成动力学
• ②碳含量的影响
– 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度就愈快。
原因：
**碳含量增高时，碳化物数量增多，铁素体与渗碳体的相
界面面积增大，因而增加了奥氏体的形核部位，使形核率增 大。
**同时，碳化物数量增多后，使碳的扩散距离减小， ** 随奥氏体中碳含量增加，碳和铁原子的扩散系数增大
1. 奥氏体等温形成动力学
• T
C / - C /
形核所需C浓度的起伏
，有利于提高形核率
• 因此，T，相变过热 度增加，形核急剧增 加 （I>G)，有利于形 成细小的奥氏体晶粒。
1.奥氏体等温形成动力学
(2) 长大速度G • 等温转变
G
描述共析钢的奥氏体化过程,影响奥氏体晶粒大小的因素
描述共析钢的奥氏体化过程，影响奥氏体晶粒大小的因素
共析钢的奥氏体化过程是指共析钢中的铁碳合金在冷却过程中发生相变，从而形成奥氏体晶粒。
在共析钢的冷却过程中，先是由高温下的奥氏体发生分解，形成初生铁素体和渗碳体。
随着冷却的进行，初生铁素体和渗碳体会发生固溶体转变，形成奥氏体晶粒。
影响奥氏体晶粒大小的因素主要有以下几个：
1. 冷却速度：冷却速度越快，奥氏体晶粒越细小。
快速冷却能够抑制铁素体的生长，从而减小奥氏体晶粒尺寸。
2. 碳含量：碳含量越高，奥氏体晶粒越大。
高碳铁素体在共析钢中会转变为奥氏体，因此，高碳量会使奥氏体晶粒尺寸增大。
3. 合金元素：合金元素的添加可以影响奥氏体晶粒的形成。
一些合金元素，如铌、钒、钛，能够抑制铁素体的生长，使奥氏体晶粒尺寸减小。
4. 热处理工艺：调整共析钢的热处理工艺，如控制加热温度、保温时间等，可以影响奥氏体晶粒的大小。
总的来说，奥氏体晶粒的大小是通过控制冷却速度、碳含量、合金元素和热处理工艺等因素来实现的。
较细小的奥氏体晶粒通常具有更好的力学性能和韧性。
细化奥氏体晶粒的措施
细化奥氏体晶粒的措施引言奥氏体晶粒是金属材料中的一个重要组成部分，其晶粒的细化可以显著提高材料的强度、韧性和耐腐蚀性能。
本文将从微观和宏观两个方面，综合分析影响奥氏体晶粒细化的因素，并提出相应的措施。
微观措施1.晶核形成晶核形成是奥氏体晶粒细化的第一步。
晶核数量的增加可以有效细化晶粒尺寸，主要方法包括：•添加微合金元素：通过添加Ti、Nb、V等微合金元素，可以提高金属的过饱和度，增加晶核数量。
•控制凝固速度：加快凝固速度可以增加晶核密度，可通过改变冷却速率或采用快速凝固方法来实现。
2.晶粒长大抑制在晶粒形成的同时，需要抑制晶粒的长大，以实现晶粒细化。
以下是几种常见的方式：•添加碳元素：适量添加碳元素可以提高材料的形核时晶胞扩散系数，从而促进晶粒边界的移动，抑制晶粒长大。
•降低热处理温度：降低热处理温度有利于晶粒的细化，因为较低的温度能够有效抑制晶粒边界的扩散。
宏观措施1.控制变形温度和变形速度变形温度和变形速度是影响奥氏体晶粒细化的重要因素。
以下措施可以实现晶粒细化：•降低变形温度：降低变形温度有利于晶粒边界的移动，从而细化晶粒。
可以通过控制变形温度或使用局部变形方法来实现。
•增加变形量：提高变形量可以增加晶粒边界的密度，有效细化晶粒。
2.晶粒繁殖机制晶粒繁殖机制是指通过晶粒边界的相变或动态再结晶来实现晶粒细化。
以下是一些常见的晶粒繁殖机制：•变形诱导晶粒繁殖：通过局部塑性变形，使原有晶粒分裂成多个小晶粒，从而实现晶粒细化。
•晶粒边界乱流诱导晶粒繁殖：通过变形时晶粒边界的乱流运动，促进晶粒的分裂和再结晶，实现晶粒细化。
结论细化奥氏体晶粒是提高金属材料强度、韧性和耐腐蚀性能的重要手段。
通过微观措施，如晶核形成和晶粒长大抑制，以及宏观措施，如控制变形温度和速度，可以有效实现晶粒的细化。
在实际应用中，可以根据材料的具体要求选择合适的措施组合，以获得满足需求的细化效果。
参考文献：1.张明贵, 杨大同. 材料晶粒细化控制的机理与技术. 北京：化学工业出版社,2013.2.Deng, Y., & Gu, J. (2015). Effect of deformation on grain boundarystructure and segregation in a nickel-based single crystalsuperalloy. Acta materialia, 95, 352-363.。
奥氏体晶粒大小的控制
奥氏体晶粒大小的控制引言奥氏体晶粒大小是材料科学领域中一个重要的研究方向。
奥氏体晶粒的大小对于材料的力学性能、耐腐蚀性能和疲劳性能等具有显著影响。
本文将从热处理工艺、成分调控以及外力影响等多个方面，全面探讨奥氏体晶粒大小的控制。
热处理工艺热处理工艺是控制奥氏体晶粒大小的重要方法之一。
通过控制材料的加热和冷却过程，可以有效地调控晶粒的尺寸和分布。
加热过程控制1.初次加热温度：初次加热温度是影响晶粒生长速率和尺寸的重要参数。
通常情况下，初次加热温度越高，晶粒生长速率越快，晶粒尺寸越大。
2.加热速率：加热速率会对晶粒的生长过程产生重要影响。
较快的加热速率会使得晶粒尺寸增长更快，但同时也容易导致晶粒粗化。
因此，加热速率的选择需要综合考虑晶粒尺寸和材料性能的要求。
3.保温时间：保温时间对晶粒生长的细化过程非常关键。
较长的保温时间有利于将组织中的细小晶粒长大至目标尺寸，但过长的保温时间也可能导致晶粒粗化。
因此，需要根据具体材料和要求确定适当的保温时间。
冷却过程控制1.冷却速率：冷却速率是影响晶粒尺寸和形貌的关键参数。
较快的冷却速率通常能够得到较细小的奥氏体晶粒，而较慢的冷却速率则容易产生较大的晶粒。
2.等温退火：通过等温退火可以有效地控制奥氏体晶粒的粒度。
在合适的温度下保持一段时间，有利于组织中的晶粒再结晶和长大，从而得到较大晶粒。
然而，过长的等温退火时间可能会导致晶粒粗化。
3.淬火处理：淬火处理是在高温下迅速冷却材料，目的是抑制晶粒长大过程。
通过淬火处理可以得到较细小的奥氏体晶粒。
成分调控通过调整材料的成分，也可以有效地控制奥氏体晶粒的大小和分布。
下面是一些常用的成分调控方法：合金元素的选择添加一些合金元素，如铌、钒、钛等，可以有效地细化奥氏体晶粒。
这些合金元素在晶界上形成细小的沉淀相，限制了晶粒长大过程。
溶负责元素的控制合理控制溶负责元素的含量，可以调节奥氏体晶粒长大速率。
通常情况下，溶负责元素含量越低，晶粒长大速率越慢，晶粒尺寸越小。
晶粒粗大的概念,危害以及控制
晶粒粗大(coarse grain)概念和危害以及控制钢材内部缺陷之一，表现为金属晶粒比正常生产条件下获得的标准规定的晶粒尺寸粗大。
钢材由于生产不当，奥氏体或室温组织均能出现粗大晶粒，这种组织使强度、塑性和韧性降低。
粗大的晶粒通过热处理可以细化。
表示晶粒大小的方法是晶粒的平均体积、平均直径或单位体积内含有的晶粒数，但测定繁琐。
为简化评定方法，采用晶粒大小标准图相比较的方法，确定晶粒大小的级别。
钢的标准晶粒级别由大到小划分为-3到+12共16级，晶粒平均直径由-3级的1.000mm到12级的0.0055mm。
1～4级为粗晶粒；5～8级为细晶粒，粗于1级的为晶粒粗大；细于8级的为超细晶粒。
晶粒粗大的原因有：(1)金属凝固或加热到相变温度以上、或在奥氏体再结晶区变形时，再结晶后停留时间长、冷却速度慢使晶粒集聚长大；(2)粗大奥氏体晶粒固态相变后铁素体晶粒粗大。
防止晶粒粗大的方法有：采用铝脱氧的本质细晶粒钢，控制加热温度和保温时间，加大道次变形量，降低终轧温度和控制冷却速度。
[1]焊接时，大的线能量，就可能会使焊缝的晶粒粗大。
降低零件塑性，使零件变脆，冲击值达不到要求，使用中会在毫无征兆的情况下突然断裂。
另外，晶粒粗大会给零件探伤造成困难，掩盖一些缺陷或使零件不可探。
熔合线附近的母材多因焊接热作用,形成晶粒粗大,性能恶化的组织叫热影响区，即HAZ，就是焊缝金属和母材之间的过渡区，由于焊接时加热到接近熔点后快速冷却，导致晶粒粗大，如果母材含碳量较高，易产生裂纹。
熔合区的机械性能要达到木材的水平，就要求在焊接时控制线能量输入--------尽可能用小电流、快速度、不摆动来解决“晶粒粗大”的问题，因为保持较细的晶粒结构，才可以保证里面的组织不发生变化。
奥氏体晶粒大小的控制
奥氏体晶粒大小的控制一、引言奥氏体是一种重要的组织结构，广泛应用于钢铁、航空航天、汽车等领域。
奥氏体晶粒大小对材料的性能和应用具有至关重要的影响。
因此，控制奥氏体晶粒大小是材料学研究中的一个重要问题。
二、什么是奥氏体晶粒？奥氏体是一种由铁和碳组成的固溶体，具有面心立方结构。
在高温下，铁原子和碳原子会形成奥氏体相，晶粒大小指的是这些晶格结构中单个晶粒的尺寸。
三、为什么需要控制奥氏体晶粒大小？1. 影响力学性能：小尺寸的奥氏体晶粒可以提高钢材的强度和韧性，因为小尺寸意味着更多的界面和位错可以抵抗外部应力。
2. 影响耐蚀性：小尺寸的奥氏体晶粒可以提高钢材的耐蚀性能。
因为小尺寸意味着更少的缺陷和更多的界面可以减少腐蚀的发生。
3. 影响加工性能：小尺寸的奥氏体晶粒可以提高钢材的加工性能，因为小尺寸意味着更少的位错和更多的界面可以减少塑性变形时的阻力。
四、如何控制奥氏体晶粒大小？1. 控制热处理参数：热处理是控制奥氏体晶粒大小最常用的方法。
通过改变热处理温度、时间和冷却速率等参数，可以影响奥氏体晶粒大小。
一般来说，高温下长时间保持会导致晶粒长大，而快速冷却则会导致晶粒变小。
2. 添加合适元素：添加微量元素（如铌、钛等）可以有效地控制奥氏体晶粒大小。
这些元素可以在形成奥氏体相时参与反应，限制其生长速度，从而控制晶粒大小。
3. 压力调控：通过施加压力来改变材料结构和形态，也可以达到控制奥氏体晶粒大小的目的。
例如，在加工过程中施加高压会导致材料发生相变，从而影响奥氏体相的形成和晶粒大小。
4. 超声波处理：超声波处理可以在材料中产生高强度的机械振动，从而改变材料的结构和形态。
通过超声波处理，可以有效地控制奥氏体晶粒大小。
五、总结通过控制热处理参数、添加合适元素、压力调控和超声波处理等方法，可以有效地控制奥氏体晶粒大小。
这些方法在钢铁、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。
058奥氏体晶粒度的影响因素.
真空热处理炉
课程小结
1、奥氏体的晶粒大小，对钢的组织和性能有很大影响 2、加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键。
作业布置
作业
1、奥氏体的晶粒越大越好吗？ 2、热处理时加热温度越高越好吗？
感谢您的观看！
影响奥氏体晶粒长大的因素 1 加热温度和保温时间
加热温度高、保温时间长, 晶粒粗大。
2 加热速度
加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细。
影响奥氏体晶粒长大的因素
奥氏体晶粒尺寸 /μm
3 合金元素
阻碍奥氏体晶粒长大的元素有:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、 Al等碳化物和氮化物形成元素。促 进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶 粒的影响
C、N。
析出颗粒对黄铜晶 界的钉扎
晶粒大小对金属性能的影响
晶粒越细，金属的强度、硬度 越高，同时塑性、韧性越好。
箱式可控气氛多用炉
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢 的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
奥氏体晶粒度的影响因素
课程：工程材料基础 主讲人： 黄丽娟
教学目标
了解什么是晶粒度，掌握控制晶粒度的方法。
什么是奥氏体的晶粒度
起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶 粒度,此时晶粒细小均匀。
实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际 晶粒度。
本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质 晶粒度。
第2章 钢中奥氏体的形成
加热转变的意义：1.改进热处理工艺 2.为冷却转变打基础
2.1 奥氏体及其形成条件
奥氏体稳定存在区域 是：GSEJNG 相变临界点：
A1、A3、Acm
实际加热时相变临界 点：Ac1、Ac3、Accm
实际冷却时相变临界 点：Ar1、Ar3、Arcm
1. 2. 3.
思考：
S、E、G、P点？
线膨胀系数大：可作热膨胀灵敏的仪表元件；
导热性能差：不宜采用过大的加热速度。
2.2 奥氏体的形成机制
奥氏体形成的热力学条件
相变驱动力： 相变阻力：
A1
Fe-C合金珠光体与奥氏体 的自由能与温度的关系
•以共析钢为例： •奥氏体的相组成、点阵结构、碳含量与 铁素体和渗碳体不同
相组成： 碳含量：
0.02%
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
一、 奥氏体晶粒度： 定义:指奥氏体化后实际晶粒大小 表示方法：晶粒直径、单位面积 中奥氏体晶粒数目 等级标准：8级 超细晶粒：超过8级
n=2N-1
式中： n-放大100倍时每平方英寸(6.45cm2)面 积内晶粒数, N-晶粒度级别
奥氏体晶粒度种类：
二、奥氏体晶粒长大原理
长大条件：
A刚形成时均很细小，且不均匀，界面能越高， 界面越不稳定，在一定条件下，必然自发地向减 小晶界面积、降低界面能的方向发展。所以小晶 粒合并成大晶粒，弯曲晶界变成平直晶界是一种 自发过程。
长大方式：互相吞并、晶界推移而实现的。
1、A晶粒长大驱动力：
来自A的晶界能
+
Fe3C
6.69% 复杂斜方
→
细化奥氏体晶粒的措施
细化奥氏体晶粒的措施细化奥氏体晶粒是一种重要的金属材料处理方法，通过控制晶粒的尺寸和形状，可以改善材料的力学性能和耐磨性能。
下面将介绍几种常用的细化奥氏体晶粒的措施。
1. 控制冷却速率：冷却速率是影响奥氏体晶粒尺寸的重要因素。
通常情况下，快速冷却可以得到较细的晶粒。
这是因为快速冷却会限制晶粒的生长过程，从而使晶粒尺寸减小。
因此，在金属材料加热处理过程中，可以采用快速冷却的方法，如水淬或油淬，来细化奥氏体晶粒。
2. 添加细化剂：细化剂是一种能够促进晶粒细化的添加剂。
常用的细化剂有铝、钛、锆等元素。
这些元素可以与钢中的碳和氧等元素结合，形成细小的化合物颗粒，从而限制奥氏体晶粒的生长。
通过添加适量的细化剂，可以有效地细化奥氏体晶粒。
3. 热处理工艺优化：热处理工艺是细化奥氏体晶粒的关键。
合理的热处理工艺可以通过控制加热温度、保温时间和冷却速率等参数来实现晶粒细化。
通常情况下，较高的加热温度和较长的保温时间有利于晶粒的长大，而较低的加热温度和较短的保温时间有利于晶粒的细化。
因此，在进行热处理时，需要根据具体材料的要求，优化加热温度和保温时间等参数，以实现晶粒的细化。
4. 机械变形：机械变形是另一种常用的细化奥氏体晶粒的方法。
通过对金属材料进行拉伸、压缩或滚动等机械变形操作，可以引入大量的位错，从而促进晶粒细化。
位错可以提供晶粒生长的障碍，从而限制晶粒的尺寸。
因此，在金属材料的加工过程中，可以通过适当的机械变形操作，来实现晶粒的细化。
细化奥氏体晶粒是通过控制冷却速率、添加细化剂、优化热处理工艺和进行机械变形等方式来实现的。
这些措施可以有效地限制奥氏体晶粒的生长，从而获得细小的晶粒。
在实际应用中，可以根据具体材料的要求和工艺条件，选择合适的方法来细化奥氏体晶粒，以提高材料的性能和耐久性。
钢热处理十种组织缺陷分析及对策
钢热处理十种组织缺陷分析及对策钢的力学性能、物理性能和化学性能决定钢的热处理组织。
正常组织赋予钢优异性能；组织缺陷恶化钢的性能，降低产品质量和使用寿命，甚至发生事故。
钢热处理主要有十种组织缺陷．分析原因，采取对第，有显著技术经济效益。
一、奥氏体晶粒粗大钢奥氏体晶粒定为13级，一级最粗，13 级最细。
晶粒愈细，强韧性愈佳，淬火得到隐晶马氏体；晶粒禽粗，强韧性愈差、脆性大，淬火得到粗马氏体。
实践证明．奥氏体形成后，随着温度升高和长时间保温，奥氏体晶粒急剧长大当加热温度一定时，快速加热奥氏体晶粒细小；慢速加热，奥氏体晶粒粗大奥氏体晶粒随钢中含C、Mn元素增加而增大，随钢中含W、Mo、V元素增加而细化。
钢最终淬火前未经预处理，奥氏体晶粒易粗化，淬火得到粗马氏体，强韧性低，脆性大。
晶粒粗化，降低晶粒之闻结合力，力学性能恶化。
对策——合理选择加热温度和保温时间。
加热温度过低，起始晶粒大，相转变缓慢；加热温度过高，起始晶粒细，长大倾向大，得到粗大奥氏体晶粒。
加热温度应按钢的临界温度确定，保温时间接加热设备确定。
合理选择加热速度，根据过热度对奥氏体形核率和长大速率影响规律，采用快速加热和瞬时加热方法细化奥氏体晶粒，如铅浴加热、盐浴加热、高频加热、循环加热、激光加热等。
淬火前预处理细化奥氏体晶粒，如正火、退火、调质处理等。
选用细晶粒钢和严格控温等措施。
二、残余奥氏体量过多钢件淬火后过冷奥氏体已转变成淬火马氏体．未完全转变者为残余奥氏体。
残余奥氏体在回火过程可部分转变成马氏体，但因材料与工艺不同，残余奥氏体可多可少保留在使用状态中。
保留少量残余奥氏体有利增加强韧性、松驰残余应力、延缓裂纹扩展、减少变形等。
但过量残余奥氏体将降低钢的硬度、耐磨性、疲劳强度、屈服强度、弹性极限和引起组织不稳定，导致使用时发生尺寸变化等不利因素。
园此，残余奥氏体含量不宜过多。
高合金钢中有大量降低Ms点的台金元素，会增加淬火钢残余奥氏体量，如高速钢淬火后残余奥氏体量高达50％以上；过高的淬火加热温度会使钢中C和合金元素大量溶入高温奥氏体中，提高了台金化奥氏体稳定性，不易发生马氏体相变，保留在淬火组织中，增加残余奥氏体量；等温淬火较普通淬火残余奥氏体量多；淬火冷却速度慢，残余奥氏体量多等。
奥氏体晶粒异常长大的原因
奥氏体晶粒异常长大的原因说到奥氏体晶粒的异常长大，嘿，听起来好像一件特别严肃的事情，但其实里面的故事可多着呢。
你想想，这就像一个小村庄里的小孩，突然一下子长得比邻居家的大树还高，让人惊掉下巴。
这种现象在金属材料里可真是让人头疼，尤其是对那些想让材料性能更强的工程师们来说，简直就像个无形的绊脚石。
咱们得聊聊温度。
高温对奥氏体晶粒的影响就像夏天的太阳，火辣辣的！一加热，晶粒就开始欢快地舞动起来，越舞越大，有时候还一发不可收拾。
就好比你在烧水，水一沸腾，锅里的泡泡就一个接一个往上冒，越冒越多，晶粒就是这个锅里的泡泡，越聚越大。
你想，如果温度不受控制，那可就麻烦了，晶粒长得像一根长长的意大利面，让人哭笑不得。
冷却速度也得提一提。
冷却得慢，晶粒就有足够的时间去“扩展领土”，在这期间，它们就像是在享受慢生活，越长越大，直至把原本紧凑的小空间挤得水泄不通。
这就像是聚会上的小朋友，玩得正嗨，根本不想走，最后弄得整个房间都是他们的“领地”。
这可让想要控制晶粒大小的工程师们有些苦恼，毕竟，谁都不想看着自己的“城堡”被“土匪”占领。
咱们再说说合金元素。
合金里的那些小伙伴们，有的可不是那么省心。
它们的存在反而会让奥氏体晶粒变得更大，尤其是那些“好色”的元素，比如铬和镍。
这些元素一旦加入，就像是给派对上添了很多“重口味”的食物，味道变得丰富多彩，却也容易让晶粒们失去控制，长得飞快。
就好比有时候一群人一起吃火锅，越吃越欢，最后锅里的一切都变成了“海鲜大咖”，没法收拾。
不止这些，晶粒的生长也跟材料的初始状态有关。
要是材料本身的组织结构就比较疏松，那可就更容易“开溜”。
这就像一个本身就容易走神的小孩，被各种玩具一围，根本没法专心学习。
初始组织松散，晶粒长大就是“水到渠成”的事，任凭你怎么想都没用。
哎，真是让人感慨，原来一个小小的初始状态竟然能对后来的结果产生如此大的影响。
此外，焊接过程也有一份“功劳”。
在焊接的时候，温度变化可大可小，这样一来，晶粒们就又有了新的“活动空间”。
钢热处理工艺中奥氏体晶粒大小及影响因素
钢热处理工艺中奥氏体晶粒大小及影响因素提示：1．奥氏体晶粒度奥氏体的晶粒大小将直接影响钢在热处理以后的组织和性能，也是评定热处理加热质量的重要参数。
奥氏体晶粒大小用晶粒度指标来衡量，晶粒度是指将钢加热到一定温度，保温一定时间后所获得的奥氏体晶粒大小。
国家标准将晶粒度级别分为8级，如图4-4所示。
图4-4 钢的标准晶粒度等级图钢在加热到相变点以上时1．奥氏体晶粒度奥氏体的晶粒大小将直接影响钢在热处理以后的组织和性能，也是评定热处理加热质量的重要参数。
奥氏体晶粒大小用晶粒度指标来衡量，晶粒度是指将钢加热到一定温度，保温一定时间后所获得的奥氏体晶粒大小。
国家标准将晶粒度级别分为8级，如图4-4所示。
图4-4 钢的标准晶粒度等级图钢在加热到相变点以上时，刚形成的奥氏体晶粒都很细小，称为起始晶粒。
如果继续升温或保温，将引起奥氏体晶粒长大。
不同的钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒的长大倾向不同，如图4-5所示。
从奥氏体晶粒长大的连续性来看有两种情况：一种是随加热温度升高晶粒容易长大，这种钢称为本质粗晶粒钢；另一种是随加热温度升高晶粒长大很缓慢，可一直保持细小晶粒，只有加热到更高温度时，晶粒才迅速长大，这种钢称为本质细晶粒钢。
图4-5 奥氏体晶粒长大倾向示意图钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织与性能。
实际中奥氏体的晶粒越细小，冷却后钢的组织也越细小，其强度、塑性、韧性等力学性能越好，因此，在选用材料和热处理工艺上，获得细小的奥氏体晶粒，对工件使用性能和质量都具有重要意义。
2．影响奥氏体晶粒大小的因素(1)加热温度和保温时间奥氏体起始晶粒是很细小的，随着加热温度升高，奥氏体晶粒逐渐长大，晶界总面积减少，系统能量降低。
所以加热温度越高，在高温下保温时间越长，越有利于晶界总面积减少，导致奥氏体晶粒越粗大。
(2)加热速度。
在连续升温加热时，奥氏体化过程是在一个温度区间内完成的。
加热速度越快，转变的温度区间越高，原子的活动能力越强，形核率越大，有利于获得细小奥氏体晶粒。
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实际上，奥氏体晶粒的大小是不均匀的。因此， 直径小于平均晶粒直径的晶粒，其邻接晶粒数可能 小于6；而直径大于平均晶粒直径的晶粒，其邻接 晶粒数可能大于6。
为了保持界面张力平衡，相交于一点的三条晶 界应互成120o角。
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因此，在一定温度条件下，由于界面张力平衡 作用，凡邻接晶粒数小于6的晶粒的晶界将弯曲成正 曲率弧，使晶界面积增大，界面能升高。而为了减 少晶界面积以降低界面能，晶界有由曲线（曲面） 变成直线（平面）的自发趋势，因此，将导致该晶 粒缩小，直至消失；而邻接晶粒数大于6的晶粒的晶 界也因界面张力平衡而弯曲成负曲率弧，同样为了 减少界面面积，降低界面能，该晶粒将长大，从而 吞并小晶粒。
图9.12 晶界移动时与第二相粒子的交互作用示意图17
在第二相粒子附近的晶界发生弯曲，导致晶 界面积增大，界面能升高。弥散析出的第二相粒 子愈细小，粒子附近晶界的弯曲曲率就愈大，晶 界面积的增大就愈多，因此界面能的增大也就愈 多。这个使系统自由能增加的过程是不可能自发 进行的。所以，沉淀析出的第二相粒子的存在是 晶界推移的阻力。
可见，若比界面能愈大，晶粒尺寸愈小，则奥 氏体晶粒长大的驱动力F就愈大，即晶粒长大的倾向 性就愈大，晶界愈容易迁移。
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（2）晶界推移阻力
在实际材料中，在晶界或 晶内往往存在很与第二相界面保持垂 直,界面力平衡），导致晶界 面积增大，界面能升高，因此 这些第二相粒子将阻碍晶界迁 移，起着钉扎晶界的作用。如 图9.12所示。
弦平均长 度
(mm)
0.222 0.157 0.111 0.0783 0.0553 0.0391 0.0267 0.0196 0.0138 0.0098
5
奥氏体晶粒度
➢ 起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体 的晶粒大小。
➢ 实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体 晶粒的大小。
➢ 本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃ 以下,随温度升高,晶粒长 大的程度。
奥氏体晶粒愈细小，n就愈大，N也就愈大。
奥氏体晶粒度级别N通常分为8级标准评定，l级 最粗，8级最细，超过8级以上者称为超细晶粒。
4
表9.3 晶粒度级别对照表
晶粒度级 别N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
放大100倍时 每平方英寸 面积内晶粒
数n
1 2 4 8 16 32 64 128 256 512
2
1．奥氏体晶粒度
可以用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥 氏体晶粒数目来表示奥氏体晶粒大小。为 了方便起见，实际生产上习惯用奥氏体晶 粒度来表示奥氏体晶粒大小。
3
奥氏体晶粒度级别N与奥氏体晶粒大小的关系为
n 2 N 1
式中，n为放大100倍视野中每平方英寸（6.45cm2）
所含的平均奥氏体晶粒数目。
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聚集再结晶
进一步提高加热温度或延长保温时间，大晶 粒将继续长大。所以，奥氏体晶粒长大就是这种 无数个小晶粒被吞并和大晶粒长大的综合结果。 这种长大过程称为奥氏体的聚集再结晶。
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奥氏体晶粒的长大驱动力F与晶粒大小和界面能 大小有关，可用下式表示
F 2
R
式中，σ为单位面积晶界界面能（比界面能）；R为 晶界曲率半径，若晶粒为球形时R即为其半径。
奥氏体化的目的是获得成分均匀和一定晶 粒大小的奥氏体组织。多数情况下希望获得细 小的奥氏体晶粒，有时也需要得到较大的奥氏 体晶粒。因此，为获得所期望的奥氏体晶粒尺 度，必须了解奥氏体晶粒的长大规律，掌握控 制奥氏体晶粒度的方法。
1
Hall-Petch公式
奥 氏 体 晶 粒 大 小 对 钢 的 力 学 性 能 的 影 响
但在一般情况下，本质细晶粒钢热处理后获 得的实际晶粒往往是细小的。
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图9.10 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响
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钢的本质晶粒度示意图
9
单位面积内的奥氏体晶粒数目n与I和G之间的 关系可用下式表示：
n
K(
I
1
)2
G
式中，K为系数。可见，I／G值愈大，n就愈大， 即奥氏体晶粒就愈细小。
这说明增大形核率I或降低长大速度G是获得细 小奥氏体晶粒的重要途径。
平均每个 晶粒所占
面积 (mm2)
0.0625 0.0312 0.0156 0.0078 0.0039 0.00195 0.00098 0.00049 0.000244 0.000122
晶粒平均 直径d (mm)
0.250 0.177 0.125 0.088 0.062 0.044 0.031 0.022 0.0156 0.0110
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第二相粒子对晶界推移的最大阻力Fm与粒子 半径r及单位体积中粒子的数目f之间有如下关系：
Fm
3f
2r
可见，当第二相粒子的体积百分数一定时，粒子尺
寸愈小，单位体积中粒子数目愈多（即分散度愈
大），则其对晶界推移的阻力就愈大。
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由上述可知，在有第二相粒子存在的情况下， 奥氏体的长大过程要受到弥散析出的第二相粒子的 阻碍作用。随奥氏体晶粒长大过程的进行，奥氏体 总的晶界面积逐渐减小，晶粒长大动力逐渐降低， 直至晶粒长大动力和第二相弥散析出粒子的阻力相 平衡时奥氏体晶粒便停止长大。
根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3～8小时）后测 得的奥氏体晶粒大小。此时，奥氏体晶粒度在5～8级者称为本质 细晶粒钢，而奥氏体晶粒度在1～4级者称为本质粗晶粒钢。
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本质晶粒度只是表示钢在一定条件下奥氏体 晶粒长大的倾向性，与实际晶粒度不尽相同。
例如，对于本质细晶粒钢，当加热温度超过 950～1000℃时也可能得到十分粗大的实际晶粒。 而对于本质粗晶粒钢，当加热温度略高于临界点 时也可能得到比较细小的奥氏体晶粒。
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2．奥氏体晶粒长大原理
为了减少总的晶界面积，在一定温度条 件下奥氏体晶粒会发生相互吞并而使晶粒长 大的现象。所以，奥氏体晶粒长大在一定条 件下是一个自发过程。奥氏体晶粒是晶粒长 大动力和晶界推移阻力相互作用的结果。
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（1）晶粒长大动力
奥氏体晶粒的长大动力是奥氏体晶粒大小的不均 匀性。 理想状态的晶界如图9.11所示。晶粒呈六边 形，晶界成直线，三条晶界相交于一点并且互成120o 角，在二维平面上每个晶粒均有六个邻接晶粒。处于 这种状态下的奥氏体晶粒不易长大。