钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系
本质晶粒度
有关国家标准规定，把钢加热到930℃±10℃，保温8h后的奥氏体晶粒度即为本质晶粒度。
本质晶粒度为1～4级的钢被认为晶粒长大倾向大，称为本质粗晶粒钢；本质晶粒度为5～8级的钢被认为晶粒长大倾向小，称为本质细晶粒钢。
奥氏体化温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显。
随着奥氏体中含碳量的增加，奥氏体晶粒长大倾向增大。
本质晶粒度只表示钢在一定温度范围内晶粒长大的倾向性。
当加热温度超过一定范围时，本质细晶粒钢的奥氏体晶粒也可能迅速长大，甚至超过本质粗晶粒钢。
一般用铝脱氧的钢多为本质细晶粒钢，而只用锰硅脱氧的钢为本质粗晶粒钢。
沸腾钢一般为本质粗晶粒钢，而镇静钢一般为本质细晶粒钢。
需经热处理的零件一般都采用本质细晶粒钢制造。
钢的晶粒度有以下几种：
（1）本质晶粒度指钢加热到930±10℃奥氏体化并保温充分长的时间后所获得的奥氏体晶粒度。
本质晶粒度表示钢的奥氏体晶粒在规定温度下的长大倾向，是制定钢的热处理规范的重要参考数据。
（2）实际晶粒度指钢件在最后一次热处理（退火、正火、淬火）过程中，加热奥氏体化并保温后所实际得到的晶粒度；如为热轧（锻）材时，则指热轧终了时，其中奥氏体的晶粒度。
实际晶粒度对钢的性能有密切的影响。
（3）起始晶粒度是钢加热奥氏体化过程中，最初形成奥氏体晶粒的晶粒度。
第2章奥氏体与钢在加热过程中的转变
N = 2G-1
• N越大，G就越大，奥氏体晶粒越细小。
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图24 钢晶粒度标准评级图（图中数字即级别数）100
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• 起始晶粒度——是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完 成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。 n = 1.01（J /υ）1/2 其中n——1mm2面积内的晶粒数 • 实际晶粒度——是指在某一热处理加热条件下所得到的实 际奥氏体晶粒大小。 • 本质晶粒度——是根据标准试验方法，在930℃保温足够时 间（一般为3-8小时）后测定的钢中的实际晶粒的大小。
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图22 0.85％C钢在不同加热速度下的加热曲线
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图23 加热速度和温度对0.4%C钢奥氏体中高碳区最高碳含量的影响
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第四节 奥氏体晶粒长大及控制
一、奥氏体晶粒度
• 奥氏体晶粒度：一般是指奥氏体化后的奥氏体实际晶粒 大小。 • 表示方法：生产上常用显微晶粒度级别数G来表示奥氏 体晶粒度。在100倍下645.16mm2 (1平方英寸)面积内包 含的的晶粒个数N与G有如下关系式
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图14 0.86%C钢的奥氏体等温形成动力学曲线
• • • •
珠光体向奥氏体的转变需要孕育期。 转变速度先逐渐加快，后又逐渐减慢。 等温温度提高，孕育期缩短，转变速度加快。 奥氏体刚刚形成后，还需要一段时间使残留碳化物溶解 和奥氏体均匀化。 22
图15 共析碳钢奥氏体等温形成动力学图
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2、奥氏体的形核与长大动力学 • 奥氏体的形核率J
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图13
0.95%C -2.61%Cr钢在800℃加热时奥氏体形成的TEM照片 （在淬火过程中，奥氏体全部转变为马氏体） （a）8s，（b）20s，（c）10s，（d）20s
第三章 奥氏体与钢在加热过程中的转变
c: Calefaction r: Refrigeration
3.2.2 转变机制
共析钢的A形成
当加热至Ac1稍上温度时，由铁素体＋渗碳体 两相组成的珠光体转变为单相奥氏体，即：
（α＋
Fe3C
）
Ac1以上 加热
γ
碳含量： 0.02％C 6.69％C
0.77％C
空间点阵：体心立方 复杂斜方
面心立方
基本概念
原始组织 碳钢的平衡态组织 碳钢的非平衡态组织
平衡组织
通过缓慢冷却所得到
γ
的珠光体以及先共析
铁素体与渗碳体等组
织
P (pearlite)
P＋F (Ferrite)
P＋ Fe3C (Cementite)
不平衡组织
通过较快的速度进行冷却时获得的组织 如马氏体，贝氏体等。
细化晶粒还可显著提高钢材的耐蚀性。
3.4.1 晶粒度概念及晶粒长大现象
一）晶粒度 设n为放大100倍时每平方英寸in2面积内的晶粒 数，则下式中N即为晶粒度。
n=2 N-1
晶粒越细，N越大。 起始晶粒：加热转变终了时所得的A晶粒 实际晶粒：长大到冷却开始时的A晶粒 本质晶粒：930ºC保温3~8小时所得的晶粒 1－4级：本质粗晶粒钢，5－8本质细晶粒钢
亚共析钢两相区等温 转变过程示意图
1.两相区转变的三个阶段
A核在F与P交界面形成后，快速长进P直到P全部 转变为A为止。
A向先共析F慢速长进。转变停止时为两相组织， 等温温度越高，未转变的F量越少。
A与F间的最后平衡。 结论：亚共析钢在两相区的转变与共析钢相比在相
同温度下的转变要慢得多。
欲使材料获得要求的性能，首先要把钢加热，获 得A组织（奥氏体化），然后再以不同的方式冷 却，发生不同转变，以获得不同的组织。
实验一 钢的奥氏体晶粒度的测定及评级方法
实验一钢的奥氏体晶粒度的显示与测定一.实验目的1.熟悉钢的奥氏体晶粒度的显示与测定的基本方法。
学习利用物镜测微尺标定目镜测微尺和毛玻璃投影屏刻度格值。
通过它们间的关系到确定显微镜物镜和显微镜的线放大倍数。
2.熟悉钢在加热时，加热温度和保温时间对奥氏体晶粒大小的影响。
3.测定钢的实际晶粒度。
用直接计算法和弦计算法测量晶粒大小。
用比较法评定晶粒度级别。
二.实验原理金属及合金的晶粒大小与金属材料的机械性能、工艺性能及物理性能有密切的关系。
细晶粒金属的材料的机械性能、工艺性能均比较好，它的冲击韧性和强度都较高，在热处理和淬火时不易变形和开裂。
粒晶粒金属材料的机械性能和工艺性能都比较差，然而粗晶粒金属材料在某些特殊需要的情况下也被加以使用，如永磁合金铸件和燃汽轮机叶片希望得到按一定方向生长的粗大柱状晶，以改善其磁性能和耐热性能。
硅钢片也希望具有一定位向的粗晶，以便在某一方向获得高导磁率。
金属材料的晶粒大小与浇铸工艺、冷热加工变形程度和退火温度等有关。
晶粒尺寸的测定可用直测计算法。
掌握了这种方法也可对其它组织单元长度进行测定，如铸铁中石墨颗粒的直径；脱碳层深度的测定等。
某些具有晶粒度评定标准的材料，可通过与标准图片对比进行评定。
这种方法称为比较法。
1.奥氏体晶粒度的显示钢在临界温度以上直接测量奥氏体晶粒大小比较困难的，而奥氏体在冷却过程中将发生相变。
一般采用间接的方法显示其原奥氏体晶界,以测定奥氏体晶粒大小。
根据GB6394-86规（4）网状渗碳体法适用于含碳量大于1.0%的过共析钢的奥氏体晶粒度。
方法是:将试样在930±10℃（或特定的温度）下加热保温40min以上（或特定的时间）后以缓慢的速度冷却冷却到600℃,在过共析钢的奥氏体晶界上析出网状渗碳体，以此来显示奥氏体晶粒形貌与大小。
经上述热处理的试样抛光后，应使用硝酸或苦味酸酒精溶液腐蚀。
图1 过共析钢的状渗碳体(×100)在经上述方法之一制备的金相试样上，即可进行奥氏体晶粒度的测定。
钢的热处理要点
１．３钢的热处理钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。
热处理的目的是提高工件的使用性能和寿命。
还可以作为消除毛坯〔如铸件、锻件等〕中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。
钢的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：钢在加热时的组织转变在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中，共析钢加热超过ＰＳＫ线〔Ａ１〕时，其组织完全转变为奥氏体。
亚共析钢和过共析钢必须加热到ＧＳ线〔Ａ３〕和ＥＳ线〔Ａｃｍ〕以上才能全部转变为奥氏体。
相图中的平衡临界点Ａ１、Ａ３、Ａｃｍ是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的。
加热转变在平衡临界点以上进行，冷却转变在平衡临界点以下进行。
加热和冷却速度越大，其偏离平衡临界点也越大。
为了区别于平衡临界点，通常将实际加热时各临界点标为Ａｃ１、Ａｃ３、Ａｃｃｍ；实际冷却时各临界点标为Ａｒ１、Ａｒ３、Ａｒｃｍ，任何成分的碳钢加热到相变点Ａｃ１以上都会发生珠光体向奥氏体转变，通常把这种转变过程称为奥氏体化。
１．奥氏体的形成共析钢加热到Ａｃ１以上由珠光体全部转变为奥氏体第一阶段是奥氏体的形核与长大，第二阶段是剩余渗碳体的溶解，第三阶段是奥氏体成分均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢根本相同，不同处在于亚共析钢、过共析钢在Ａｃ１稍上温度时，还分别有铁素体、二次渗碳体未变化。
所以，它们的完全奥氏体化温度应分别为Ａｃ３、Ａｃｃｍ以上。
２．奥氏体晶粒的长大及影响因素钢在加热时，奥氏体的晶粒大小直接影响到热处理后钢的性能。
加热时奥氏体晶粒细小，冷却后组织也细小；反之，组织那么粗大。
钢材晶粒细化，既能有效地提高强度，又能明显提高塑性和韧性，这是其它强化方法所不及的。
〔１〕奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种量度。
（2〕、影响奥氏体晶粒度的因素1〕加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，A晶粒粗大。
钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系（可编辑）
钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系实验一钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系一实验目的1了解测定奥氏体晶粒度的常用方法2 掌握用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒及用比较法评定晶粒度3研究加热温度对奥氏体晶粒大小的影响二实验原理钢材加热到相变温度临界点AC1 或AC3 ACm 以上形成奥氏体组织由于钢种加热温度和保温时间等因素的不同所得到的奥氏体晶粒大小也不相同奥氏体晶粒大小可用晶粒直径d 或单位面积中晶粒数n 等方法表示为了方便生产上多采用晶粒度来表示晶粒大小奥氏体晶粒的级别G 与晶粒大小的关系是G-1n 22式中 n放大100 倍时每平方英寸645mm 面积内的平均晶粒数目根据奥氏体形成过程和晶粒长大的不同情况奥氏体晶粒度分为起始晶粒度实际晶粒度和本质晶粒度起始晶粒度系指奥氏体刚形成时晶粒的大小实际晶粒度是钢材在某一具体热处理加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小而本质晶粒度则是表示晶粒大小的一种尺度对钢来说如不特别指明晶粒度一般是指奥氏体化后的实际晶粒度而实际晶粒度主要受加热温度和保温时间的影响加热温度越高保温时间越长奥氏体晶粒越易长大粗大生产实践表明钢材加热时形成的奥氏体晶粒大小对冷却转变及对钢的力学性能与工艺性能均有很大影响例如粗大的奥氏体晶粒冷却后获得粗大的转变产物这种产物的塑性与韧性比细小的奥氏体晶粒转变产物差而且其屈服点亦较细小奥氏体晶粒转变者为低如果奥氏体晶粒过分粗大钢件在淬火时还易于变形和开裂高碳钢加热时如形成粗大的奥氏体晶粒淬火后残余奥氏体将增多致使刀具的硬度和耐磨性能降低另外细晶粒度的板材易于冲压加工可获得表面光洁的冲压件而粗晶粒的板材冲压时容易开裂冲压成型后的表面亦比较粗糙晶粒度是表示材料性能的重要指标是评定钢材质量的主要依据之一所以生产中常需测定奥氏体晶粒大小以保证产品质量钢中晶粒度的测定分为本质晶粒度和实际晶粒度的测定晶粒度的测定包括两个步骤即晶粒的显示和晶粒尺寸的测定或评级晶粒的显示是晶粒测定的先决条件常用的显示方法如下一奥氏体晶粒的显示1奥氏体本质晶粒的显示奥氏体本质晶粒度是指在930 ±10℃保温一定时间后的奥氏体晶粒大小本质晶粒度可以反映奥氏体晶粒长大倾向根据它能正确估计零件经过热处理后晶粒的大小从而评定零件的力学性能故在生产中常需要测定奥氏体本质晶粒度由于奥氏体在冷却过程中可能已发生相变冷至室温时已不再是奥氏体组织为显示处原奥氏体晶界需采取以下一些方法1 渗碳法渗碳体显示奥氏体晶粒广泛应用于渗碳钢或含碳量≤06的其它类型的钢种本法系采用渗碳热处理方法提高试样表面的含碳量渗碳后的试样表层为过共析成分试样在渗碳后缓慢冷却过程中先共析的渗碳体优先沿原奥氏体晶粒边界析出勾划出了奥氏体晶粒1为了在黑灰色珠光体组织的背景上显露出亮的碳化物渗碳体网常选用下列浸蚀剂腐蚀试样13～4硝酸酒精溶液晶界呈现白色网状碳化物2 5苦味酸酒精溶液晶界亦呈现白色网状碳化物3 沸腾的碱性苦味酸钠水溶液苦味酸2g氢氧化钠25g水100mL腐蚀时间为10～25min 晶界网状碳化物呈现黑色本方法对碳化物形成元素过多的钢由于难以形成完整的碳化物网络故不宜采用2 氧化法将预测晶粒度的钢试样加热到奥氏体状态保温一定时间使试样表面受到氧化由于晶界比晶内具有根大的化学活性故奥氏体晶界较晶粒内部更易于氧化适当地保温可使晶界发生氧化而晶粒内部不受影响故使奥氏体晶粒得以清晰地显示氧化法主要有气氛氧化法和熔盐氧化腐蚀法其中以气氛氧化法较为简便应用最多1气氛氧化法将试样两段面先用细砂纸磨光和抛光制成金相试样然后将试样的抛光面向上装入预先加热到860 ±10℃的具有氧化性气氛炉中普通空气炉加热并在该温度保温 1h试样在加热和保温过程中暴露氧化待试样保温后出炉水冷水冷是为了避免铁素体呈块状析出以防铁素体晶界与奥氏体晶界相混淆造成误评再将水冷后的试样仔细研磨和抛光使晶粒表面的氧化膜几乎完全磨去而晶界处的氧化物只部分被磨掉在显微镜下借助晶界处的黑色氧化物即可显示出高温时的奥氏体晶粒大小如用15盐酸酒精溶液或2～4硝酸酒精溶液浸蚀试样磨面则所形成的黑灰色网络将显露得到更为清楚选择试样的奥氏体晶界轻微氧化或轻度脱碳区域观察晶粒度时沿氧化了的奥氏体晶界形成槽形凹沟可在显微镜下清晰地聚焦成线状它与真实的奥氏体本质晶粒度最为接近奥氏体晶粒显示的结果是否清晰准确关键在于试样冷却后的研磨与抛光研磨过少只能看到氧化膜而看不到晶界研磨过多则可能将氧化晶界全部磨掉这样就无法观测奥氏体晶粒大小因此应严格控制研磨量此法的缺点是所显示的往往为保温初期的奥氏体晶粒大小2 熔盐氧化腐蚀法将制备好的金相试样放入预先加热至 930 ±10℃不氧化的碳酸钠盐浴硼砂槽或其它盐浴中加热保温3h 后再转入成分为BaCl2 13NaCl 13CaCl 13 重量比未经脱氧的盐浴中进行腐蚀腐蚀温度为930 ±10℃腐蚀时间为2～5min腐蚀后的试样在煤油后的试样在煤油中冷却然后用冷水洗净酒精冲洗吹干经适宜的抛光在显微镜下放大100 倍进行观察如氧化网络不清晰时可用4苦味酸酒精溶液浸蚀氧化法适用于显示各种钢的奥氏体本质晶粒度尤以中碳钢及中碳合金钢为宜3 网状铁素体法此方法仅适用于亚共析钢对中碳调质碳素钢较为合适而对某些亚共析合金钢即使在很小的冷却速度下铁素体也不呈网状故此法不宜选用将欲测试样加热含C≤035 时为900 ±10℃保温300min当C＞035 时为860±10℃保温30min 水冷或空冷在冷却过程中当通过临界温度区域时先共析铁素体优先沿奥氏体晶粒边界析出呈网状分布晶粒内部为珠光体除去试样表面层根据围绕在奥氏体晶粒周围的网状铁素体测定钢的本质晶粒度对接近共析成分的亚共析钢在奥氏体化后可预先缓慢冷却至 700～730℃等温保持十几分钟后在空冷到室温也可得到明显的铁素体网网状铁素体法显示奥氏体晶粒的浸蚀剂可采用3～4硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液腐蚀后晶界呈白色网状铁素体冷却速度是决定铁素体网勾划出奥氏体晶界质量好坏的关键如果冷却速度过快铁素体网未能布满奥氏体晶界易产生奥氏体晶粒过大的错觉若冷却太慢铁素体堆积成块状也难以显示出奥氏体晶界所以对不同钢种的冷却速度应通过多次试验选择确定24 网状渗碳体法适用于过共析钢的奥氏体晶粒的显示将试样加热到820±10℃保温30～60min 后炉冷到600℃冷却速度约80～100℃h 出炉以保证渗碳体呈网状分布除去试样表面氧化层制成金相试样用3～4硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液浸蚀此时晶界网状碳化物呈现白色根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络测定钢的奥氏体晶粒度晶粒内部是珠光体5 网状珠光体法一端淬火法适用于淬透性较低的碳素钢和低合金钢以及不能获得完整铁素体或渗碳体网的钢如含碳量接近共析成分的钢实验时可采用Φ20mm ×40mm 的圆柱形试样现将试样加热到900 ±10℃保温1h然后自炉中取出一端淬入水中冷却约入水13～25 长度冷却时不要上下运动只可水平移动试样另一端在空气中冷却由于试样从下端之上端冷却速度逐渐减小因而沿轴向的组织依次由马氏体向珠光体过渡经过这样处理的试样沿纵向磨去约2～3mm 厚以后制成金相试样在淬硬与未淬硬的过渡区则可以找到黑色屈氏体优先沿奥氏体晶界析出的区域在屈氏体网所包围的内部则为灰白色的马氏体根据黑色屈氏体网可以测定钢的晶粒度所用浸蚀剂与网状铁素体法相同6 化学试剂腐蚀法此方法分为直接腐蚀法和马氏体腐蚀法1直接腐蚀法将试样加热到900 ±10℃保温1h 后水冷淬火获得马氏体和贝氏体组织有的钢种还需经过一定温度的回火除去试样表面脱碳层和氧化层制成金相试样选用具有强烈选择性腐蚀的腐蚀剂浸蚀使原奥氏体组织晶界变黑而基体组织腐蚀轻微从而直接显现奥氏体晶粒本法适用于合金化高的能直接淬硬的钢如高淬透性的铬镍钼钢等直接显现奥氏体晶界的腐蚀剂成分与使用条件是①含有05～1烷基苯碘酸钠 100mL 饱和苦味酸水溶液亦可用合成洗衣粉代替烷基苯磺酸钠浸蚀时间依温度不同20～70℃可选用05min 至3h由试验确定如再向此腐蚀剂中加少量医用消毒剂新洁尔灭则能更好控制腐蚀使样品更加清晰②含有 01～015g 十二醇硫酸钠的 100mL 饱和苦味酸水溶液加热到30℃浸蚀约100min 即可上述两种腐蚀剂都可抑制马氏体组织出现促使奥氏体晶界的显示采用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒的常用钢种热处理工艺列于表1-1表1-1 直接显示奥氏体晶粒的热处理工艺钢号淬火工艺回火工艺12CrNi3A 930℃保温15～3h 水冷不经回火12Cr2Ni4A20CrNi3A40Cr 或45Cr60 碳钢38CrMoAlA 930℃保温15～3h 水冷 200～250 ℃保温15～30min 空冷18Cr2Ni4WA 4000 ℃保温30min 空冷40CrNiMoA 930℃保温15～3h 油冷不经回火18CrMnTi38CrA30CrMnSiA30CrMnSiNi2A 930℃保温15～3h 水冷 500℃保温300min 空冷30CrMnNi2MoA 600℃保温300min 空冷32 马氏体腐蚀法适用于淬火是得到马氏体的钢先将试样加热到930℃保温3h 后淬火得到马氏体然后再进行150～250℃15min 短时间回火以增加衬度选用适当腐蚀剂浸蚀由于原始奥氏体各晶粒位向不同则各晶粒间马氏体被腐蚀的深浅亦不同借此衬度颜色差异而显示出奥氏体晶粒大小为得到清晰的组织可重复进行抛光和腐蚀此法腐蚀剂可用1g 苦味酸5mL 盐酸100mL 酒精或 1g 氯化铁15mL 盐酸100mL酒精马氏体腐蚀法对粗大奥氏体晶粒较为有效但对细晶粒奥氏体以及钢中存在带状和树枝状偏析腐蚀时会出现混杂图形影响正确测定另外还有真空法高温金相法和氢气脱碳法等但因测试条件所限尚未普遍应用如选用时可参阅有关资料2实际晶粒度的显示测定实际晶粒度时试样直接在交货状态的钢材或零件上切取在切取及制备试样过程中应避免冷热加工的影响试样一般不经任何预先热处理直接测定制备好的试样用适合的腐蚀剂浸蚀而显示晶粒但这种方法因钢的种类化学成分及状态的不同其效果亦有所不同应根据试验实践选择确定对结构钢淬火和调质状态的原奥氏体晶粒的显示常用的腐蚀剂为1 饱和苦味酸水溶液2 结晶苦味酸4g 水100mL加热至沸腾浸蚀时间约15～20s3 饱和苦味酸水溶液海鸥牌洗净剂混合试剂饱和苦味酸水溶液100mL 加海鸥牌洗净剂1g4 饱和苦味酸水溶液加少量新洁尔灭5 10苦味酸乙醚溶液加盐酸1～2 mL对于结构钢在正火和退火后还常测定其铁素体晶粒度其方法是将试样研磨抛光后以5的硝酸酒精溶液腐蚀约15s 后进行观察并与铁素体标准级别图相比较来评定晶粒度对于大多数钢种淬火回火态的原奥氏晶粒的显示以苦味酸为基的试剂较适宜试剂成分为饱和苦味酸水溶液 100mL洗净剂10mL酸微量对不同钢种和不同热处理状态的原奥氏体晶粒的显示只要适当改换微量酸的种类盐酸硝酸和磷酸等和调整微量酸的加入量5～10 滴就可获得良好的效果高速钢淬火后一般均需测定奥氏体晶粒度以间接考察马氏体针的粗细作为判定淬火加热温度高低和工具热处理质量的主要依据从而控制合适的淬火温度另外分析高速钢成品刀具或进行缺陷分析时还需要检验回火后的晶粒度高速钢奥氏体晶界可用4硝酸酒精溶液或表 1-2 所列试剂浸蚀显示然后按晶粒度评级标准图依不同产品和材料确定不同的晶粒度要求表1-2 高速钢晶粒显示试剂成分编号饱和苦味酸水溶液浓硝酸浓盐酸乙醇甲醇海鸥洗净剂Ⅰ 15 1 25 50Ⅱ10 30 595 05Ⅲ 20 10 30 40注Ⅰ号试剂可用以显示淬火回火后的晶界和马氏体形态Ⅱ号试剂可用以显示淬火回4火后的晶界Ⅲ号试剂可用以显示淬火回火后的晶界深腐蚀可显示马氏体形态如果切取及制备试样借腐蚀直接观察难以分辨晶粒边界无法测定原奥氏体晶粒大小时试样可经适当热处理后再进行测定具体试验方法可按有关规定进行二奥氏体晶粒度的评定奥氏体晶粒度的评定有比较法和截点法两种一般多采用比较法1比较法比较法评定晶粒大小是通过与标准评级图相比较来确定晶粒度级别的图1-1 是钢的晶粒度标准级别图选用此法测定晶粒度时是先将制备好的试样在放大100 倍的显微镜下全面观察晶粒然后选择晶粒度具有代表性的视场与标准级别图比较当二者大小相同时试样的晶粒度就是标准级别图上所标定的级别如试样晶粒大小不均匀时若占优势晶粒所占面积不少于视场的 90时则可记录些一种晶粒的级别数否则应用不同级别来表示该钢的晶粒度其中一个级别代表占优势的晶粒级别例如8 级75 4 级25 等当钢的晶粒过大或过小而用100 倍的放大倍数不方便时可改用其它放大倍数观察和评定然后按照表1-3 的关系换算成100 倍下的标准级别表1-3 常用放大倍数下晶粒度级别数间关系表图像的放与标准评级图编号等同图像的晶粒度级别大倍数 No1 No2 No3 No4 No5 No6 No7 No8 No9No1025 -6 -2 -1 0 1 8 3 4 5 650 -1 0 1 2 3 4 7 6 7 8100 1 2 3 4 5 6 5 8 9 10200 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12400 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14800 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16钢的晶粒度标准评级是将钢中晶粒度分为8 级其中1～4 级的属粗晶粒5～8 级的为细晶粒8 级以上称为超细晶粒比较法评定晶粒度简便迅速但不够准确2 截点法当晶粒度测量准确性要求较高或晶粒为椭圆形时一般采用截点法1 等轴晶粒计算法当欲测定的奥氏体晶粒基本上是等轴时可先进行初步观察以确定晶粒的均匀程度然后选择有代表性的部位和适合的放大倍数测定时先用100 倍观察当晶粒过大或过小时可适当缩小或放大显微镜倍数以在80mm 视场直径内不少于50 个晶粒为限再将所选定部位的图像投影在毛玻璃上计算与一条直线相交截的晶粒数目截点数直线要有足够长度L 以使与直线相交截的截点数目不少于 10 个计算时直线端部未被完全交截的晶粒应以一个晶粒计算之选择三条以上不同部位的直线来计算相截的截点数用相截的截点总数Z 除所选用的直线总长度实际长度以mm 计得出弦的平均长度a mm 再以弦的平均长度值根据晶粒级别对照表便可确定钢的晶粒度弦的平均长度为nLdZ Z Z M1 2 35式中M显微镜的放大倍数截点法也可在带有目镜测微尺的显微镜下通过平行移动视场直接观察计数一般也是测Z 个晶粒的总长度再求弦的平均长度a2 非等轴晶粒计算法沿试样的三轴线分别计算出各轴线方向每 1mm 长度的平均节点数量每一轴线方向的平均截点数必须在不少于三条直线下求得3由试样的三个轴线方向得出每1mm 长度的平均截点数量值按下式计算出每 1mm 内平均截点数N 07n n n纵横法3式中 n每1mm 内平均截点数n 纵纵向上每1mm 长度平均截点数n 横横向上每 1mm 长度平均截点数n 法横向上每 1mm 长度平均截点数07晶粒扁圆度系数由上式计算出n 值根据晶粒级别对照表确定钢的晶粒度三实验设备及材料根据实验所采用的测定奥氏体晶粒度的方法选用所需要的设备和材料 1中温和高温热处理加热炉2 金相显微镜配有目镜测微尺3制备金相试样所需物品砂轮机抛光机砂纸腐蚀剂2～4硝酸酒精溶液或饱和苦味酸水溶液等4 晶粒度标准级别图5试验钢材20CrNi3A 40Cr 45 钢或T8T12CrWMn 等钢试样尺寸圆形试样Φ10～20mm ×15mm或矩形试样10mm×10mm×20mm6图1-1 晶粒度标准级别图四实验内容及步骤采用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒并用比较法或计算法评定晶粒度级别同时验证加热温度对奥氏体晶粒大小的影响实验步骤如下一分组试验人员按不同加热温度分成若干组试样的加热温度为850℃900℃930℃950℃1000℃1100℃等二试样奥氏体晶粒的显示进行测定奥氏体晶粒度时先选用下列一种方法显示出奥氏体晶粒1氧化法1 每人取试样一块将其两端面研磨并抛光制成金相磨片2 将制备好的试样分别放置于加热到上述规定温度的热处理炉中试样磨面向上并应使加热和氧化均匀一致试样在指定温度保温30min 后取出放入水中冷却3 将冷却后的试样磨面在 04 号砂纸上仔细研磨待磨面磨至大部分发亮时进行抛光为找到一个合适的评级区域可将试样研磨抛光成一个倾斜面10o～15o有时还可配合显微镜观察控制研磨量4 试样抛光后若晶界显示不清晰时可采用浸蚀剂将试样磨面适度浸蚀便可清晰地显示出奥氏体晶界网络2直接腐蚀法1 选用20CrNi3A 或40Cr 等钢制成Φ10mm×10～20mm 圆形或矩形试样2 先将试样放入规定温度的热处理炉中加热加热到温后保温 30min 然后迅速淬入水中冷却以获得马氏体组织3 淬火后的试样磨去脱碳层制成金相试样选用含有 05～1烷基苯磺酸盐的7100mL 苦味酸饱和溶液等腐蚀剂浸蚀由于晶粒边界被腐蚀变黑依次测定奥氏体晶粒度腐蚀时间根据试验条件经试验确定配置腐蚀剂时应煮沸和充分溶解4 为获得更清晰光亮的组织试样可经二次或三次腐蚀抛光重复进行或向腐蚀剂中加少量新结尔灭或将腐蚀剂加热到50～60℃后腐蚀均可3网状铁素体法采用网状铁素体显示亚共析钢的奥氏体晶粒其热处理条件与氧化法相同但是试样预先不需研磨在加热过程中应防止氧化冷却速度应依次不同钢种恰当选择通常对低碳钢可选用油冷中碳钢选用空冷中碳合金钢选炉冷三评级待奥氏体晶粒显示后即可根据试验条件和需要采用比较法或计算法评定试验钢材试样奥氏体晶粒度级别五实验报告要求1写出对实验目的及所选用奥氏体晶粒显示和评级方法原理的简要叙述2 记录及画表格列出全组或全班实验结果并确定本实验用钢奥氏体晶粒度级别3绘出实验用钢或不同实验用钢加热温度与奥氏体晶粒长大关系曲线或比较不同实验用钢奥氏体晶粒长大的倾向性并说明加热温度对奥氏体晶粒大小的影响4 实验结果的分析讨论8实验二钢的淬透性一实验目的1了解钢的淬透性测定方法2 掌握用末端淬透性试验法测定钢的淬透性3研究合金元素等对钢的淬透性的影响二实验原理钢的淬透性是结构钢与工具钢的重要热处理工艺性能之一钢的淬透性对钢材的组织及性能有着十分重要的影响因而钢的淬透性亦是机械零件设计时选择钢种和生产上制定热处理工艺的主要依据之一为了合理地选择和使用工业用钢以及正确地进行钢的热处理对钢的淬透性进行测定和了解具有很大的实际意义一淬透性的本质与评定钢的淬透性也称可淬性是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力它是钢材本身固有的一个属性它主要与钢的过冷奥氏体稳定性或钢的临界淬火冷却速度有关淬火是最常用的一种热处理工艺对结构钢和工具钢来说淬火是为了获得马氏体组织零件淬火时表面冷却快愈向心部冷却愈慢如果中心点的冷却速度达到或超过该钢种的临界淬火速度则钢件整个界面均可得到马氏体组织即钢件被淬透而当心部冷却速度小于临界淬火速度时则将在心部出现非马氏体称为未淬透在未淬透的情况下全淬成马氏体的区域就是淬硬层或淬透层钢件经淬火后一般从表面到心部一定深度均可获得马氏体组织这种马氏体组织的深度通常称为淬透层深度或淬硬层深度钢的淬透性反映了钢在淬火时获得马氏体的能力因此通常用标准尺寸试样在一定条件下淬火而得到的淬硬层深度h 或全部淬透的最大直径DC 来表示淬透性大小然而由于不同钢种的淬透性不同故其淬硬层深度以及能淬透的最大直径也不同淬硬层深度及直径愈大表面该钢种的淬透性愈高在实际的淬火钢件中由于从表面到中心各个部位的冷却速度不同因而各部位的组织和性能也就不同从表面全部马氏体组织开始向内依次为屈氏体索氏体珠光体甚至在心部出现铁素体此时显然应以全部马氏体组织或包含有很少量残余奥氏体组织层的深度作为判定淬透性的标准但是实际上当马氏体组织中含有 5～10非马氏体组织时是很难准确分辨出来的在硬度上亦无法测量出来因此现多采用由表面至半马氏体组织即50马氏体和50非马氏体组成的距离为淬透层深度并以此深度作为判定淬透性的标准这是因为半马氏体区域硬度变化显著很容易测量在酸蚀的断面上呈现出明显的明暗分界面见图2-1因此可以认为淬火后的马氏体组织大于50的部分即是被淬透的半马氏体组织的硬度主要与含碳量有关如图2-2 所示实践证明对碳素钢和不具有复杂奥氏体等温转变曲线的低合金钢及中合金钢采用半马氏体作为判定淬透性的标准是没有重大误差的但近年来贾查克Jatezak 等认为在淬火钢中存在 50的非马氏体组织与。
热处理工艺对16MnCrS5+H钢奥氏体晶粒度的影响
第４２卷第５期２０２０年１０月甘㊀肃㊀冶㊀金ＧＡＮＳＵ㊀ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ.４２Ｎｏ.５Ｏｃｔ.ꎬ２０２０文章编号:１６７２￣４４６１(２０２０)０５￣００５９￣０３热处理工艺对１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢奥氏体晶粒度的影响冶廷全ꎬ杨㊀国ꎬ马恒春ꎬ史文辉ꎬ方光锦ꎬ张振民(西宁特殊钢股份有限公司ꎬ青海㊀西宁㊀８１０００５)摘㊀要:为解决１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢轧后混晶问题ꎬ进行了６３０ħ和６８０ħ回火㊁７６０ħ退火ꎬ９００ħ正火处理试验ꎬ采用"模拟渗碳法"(试样热处理工艺:９３０ħ保温４ｈ油淬)进行奥氏体晶粒度检测及分析ꎮ结果表明:当１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢轧后出现混晶时ꎬ经两相区７６０ħ退火处理ꎬ可使得ＡｌＮ充分析出ꎬ增加ＡｌＮ钉扎结晶的作用ꎬ使得奥氏体晶粒细小均匀ꎮ关键词:１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢ꎻ奥氏体晶粒度ꎻ混晶ꎻ７６０ħ退火中图分类号:ＴＧ３１４㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＡＥｆｆｅｃｔｏｆＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＡｕｓｔｅｎｉｔｅＧｒａｉｎＳｉｚｅｏｆ１６ＭｎＣｒＳ５＋ＨＳｔｅｅｌＹＥＴｉｎｇ￣ｑｕａｎꎬＹＡＮＧＧｕｏꎬＭＡＨｅｎｇ￣ｃｈｕｎꎬＳＨＩＷｅｎ￣ｈｕｉꎬＦＡＮＧＧｕａｎｇ￣ｊｉｎꎬＺＨＡＮＧＺｈｅｎ￣ｍｉｎ(ＸｉｎｉｎｇＳｐｅｃｉａｌＳｔｅｅｌＣｏ.ꎬＸｉｎｉｎｇ８１０００５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｉｘｅｄｇｒａｉｎｏｆ１６ｍｎｃｒｓ５＋Ｈｓｔｅｅｌａｆｔｅｒｒｏｌｌｉｎｇꎬｔｅｍｐｅｒｉｎｇａｔ６３０ħａｎｄ６８０ħꎬａｎｎｅａｌｉｎｇａｔ７６０ħａｎｄｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇａｔ９００ħｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎬａｎｄｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｗａｓｄｅｔｅｃｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅ"ｓｉｍｕｌａｔｅｄｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄ"(ｓａｍｐｌｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ:９３０ħｈｏｌｄｉｎｇｆｏｒ４ｈｏｉｌｑｕｅｎｃｈｉｎｇ).Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｍｉｘｅｄｇｒａｉｎｓａｐｐｅａｒｉｎ１６ｍｎｃｒｓ５＋Ｈｓｔｅｅｌａｆｔｅｒｒｏｌｌｉｎｇꎬａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇａｔ７６０ħｉｎｔｈｅｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｒｅｇｉｏｎꎬＡｌＮｃａｎｂｅｆｕｌｌｙｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＡｌＮｐｉｎｎｉｎｇｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｃａｎｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄꎬａｎｄａｕｓｔｅｎｉｔｅｇｒａｉｎｓｃａｎｂｅｆｉｎｅａｎｄｕｎｉｆｏｒｍ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:１６ｍｎｃｒｓ５＋Ｈｓｔｅｅｌꎻａｕｓｔｅｎｉｔｅｇｒａｉｎｓｉｚｅꎻｍｉｘｅｄｇｒａｉｎꎻ７６０ħａｎｎｅａｌｉｎｇ１㊀引言１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢是引进的德国齿轮钢牌号ꎬ主要用于国内生产的桑塔纳㊁奥迪㊁捷达等轿车ꎬ技术难度较高ꎬ生产难度大[１]ꎮ高质量的齿轮不但要有良好的强韧性㊁耐磨性ꎬ能很好地承受冲击㊁弯曲和接触应力ꎬ而且还要求变形小㊁精度高和噪声低[２]ꎮ这样就要求钢材具有高的洁净度ꎬ晶粒细小均匀ꎮ而ＭｎＣｒ５系列钢在生产时往往出现混晶ꎬ导致产品无法交付ꎮ另外ꎬＭｎＣｒ５系列渗碳齿轮钢ꎬ用户在加工齿轮时ꎬ需要长时间的高温渗碳处理ꎬ防止混晶出现ꎮ为此我公司以１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢生产为例ꎬ研究不同热处理温度对钢材奥氏体晶粒度的影响ꎬ以此来解决１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢混晶问题ꎮ２㊀试验材料与方法试验用１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢生产工艺为:１１０ｔｃｏｎ￣ｓｔｅｅｌ电炉冶炼＋ＬＦ＋ＶＤң连铸２５０ｍｍˑ２８０ｍｍң步进式炉加热ң连轧机组轧制Φ１１０ｍｍ钢材ң坑冷保温ң清理ң包装㊁上交ꎮ化学成分见表１ꎮ表１㊀１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ试验钢化学成分/％牌号ＣＳｉＭｎＰＳＣｒＡｌＮ１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ０.１５０.１７１.１８０.０１５０.０３１.０７０.０３７０.０１０５㊀㊀在轧后钢材上取２０ｍｍˑ２０ｍｍ试样ꎬ采用 模拟渗碳法 工艺(９３０ħ保温４ｈ油淬)热处理ꎮ另外ꎬ在轧后钢材上取Φ１１０ｍｍˑ２００ｍｍ试样４支ꎬ分别用６３０ħ㊁６８０ħ高温回火处理ꎬ７６０ħ两相区退火处理ꎬ９００ħ正火处理后取２０ｍｍˑ２０ｍｍ试样采用 模拟渗碳法 工艺(９３０ħ保温４ｈ油淬)热处理ꎮ将试样表面磨光制成金相试样ꎬ用苦味酸水溶液进行腐蚀ꎬ参照ＧＢ/Ｔ６３９４－２００２«金属平均晶粒度测定方法»[３]测定奥氏体晶粒度级别ꎬ进行对比分析ꎮ３㊀试验结果与讨论３.１㊀热处理温度对奥氏体晶粒度的影响将不同热处理工艺处理后的金相试样ꎬ采用光学显微镜检验奥氏体晶粒度ꎬ结果见表２ꎮ如图１所示ꎬ轧后状态的试样奥氏体晶粒度为７.０~２.０级ꎻ采用６３０ħ和６８０ħ高温回火后的试样ꎬ奥氏体晶粒度评级为７.０~４.０级ꎬ出现混晶ꎻ采用７６０ħ两相区退火处理后的试样奥氏体晶粒度为７.５~８.０级ꎬ晶粒度细小均匀ꎻ采用９００ħ正火处理后的试样奥氏体晶粒度级别没有得到改善ꎬ评级为７.０~２.０级ꎮ从试验结果来看ꎬ采用６３０ħ和６８０ħ高温回火㊁９００ħ正火处理后对钢材奥氏体晶粒度没有较大影响ꎬ仍然存在混晶现象ꎮ而采用７６０ħ退火处理后ꎬ原始钢材奥氏体晶粒度混晶明显改善ꎬ晶粒度细小均匀ꎮ表２㊀试验钢奥氏体晶粒度检验结果热处理工艺轧后６３０ħ回火６８０ħ回火７６０ħ退火９００ħ正火晶粒度/级７.０~２.０７.０~４.０７.０~４.０８.０~７.５７.０~２.０图１㊀不同热处理工艺后奥氏体晶粒度照片０６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀甘㊀肃㊀冶㊀金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４２卷３.２㊀热处理工艺改善奥氏体晶粒度的机理从以上结果可知ꎬ１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢通过采用７６０ħ退火处理后可改善原始轧后钢材混晶问题ꎮ采用ＪＭａｔｐｒｏ软件测得１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ相变温度:Ａｃ１:７０７ħꎬＡｃ３:８１６ħꎬ如图２所示ꎮ所以７６０ħ处于铁素体和奥氏体的两相区ꎮ图２㊀１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢相图㊀㊀奥氏体晶粒长大是界面能推动的热激活过程ꎬ主要包括两个方面ꎬ其一是奥氏体晶界的迁移使晶界面积减少ꎬ这是奥氏体晶粒长大的驱动力ꎻ其二是第二相的溶解与析出及其对晶界的钉扎作用ꎬ这是奥氏体晶粒长大的阻力[４]ꎮ所以渗碳齿轮钢通常要求Ａｌ/Ｎȡ２.０ꎬ用析出ＡｌＮ钉扎晶界作用ꎬ来阻止奥氏体晶粒度长大ꎮ轧后钢材奥氏体晶粒度出现混晶主要是由于ＡｌＮ析出量少ꎬ未能阻止奥氏体晶粒长大ꎬ采用６３０ħ和６８０ħ回火处理ꎬ由于温度偏低ꎬ所以ＡｌＮ的析出不充分ꎬ所以仍然出现混晶ꎻ采用９００ħ正火处理时ꎬ试样完全奥氏体化ꎬ原先析出ＡｌＮ重新溶解ꎬ所以ＡｌＮ析出量可能降低ꎬ同样出现混晶ꎻ而采用７６０ħ两相区退火ꎬ仅使得部分组织奥氏体化ꎬ原先析出ＡｌＮ没有溶解ꎬ后期保温冷却过程中使得ＡｌＮ充分析出ꎬ从而增加了ＡｌＮ钉扎结晶的作用ꎬ阻止了奥氏体晶粒度的长大ꎮ４㊀结语通过试验得出ꎬ１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ渗碳齿轮钢轧后出现混晶时ꎬ采用７６０ħ两相区退火处理ꎬ使得ＡｌＮ充分析出ꎬ增加了ＡｌＮ钉扎结晶的作用ꎬ阻止了奥氏体晶粒度的长大ꎬ奥氏体晶粒度达到７.５~８.０级ꎬ可解决轧后钢材混晶问题ꎮ参考文献:[１]㊀赵振刚ꎬ刘国安ꎬ高艳丽.Ｍｎ－Ｃｒ系列轿车齿轮钢的开发[Ｊ].特殊钢ꎬ２００２ꎬ２３(Ｚ１):５９￣６０.[２]㊀曹志刚ꎬ杜忠泽ꎬ许伟阳ꎬ等.２０ＣｒＭｎＴｉ齿轮钢生产工艺改进[Ｊ].钢铁钒钛ꎬ２０１１ꎬ３２(０４):９２￣９６.[３]㊀ＧＢ/Ｔ６３９４－２００ꎬ金属平均晶粒度测定方法[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２００２.[４]㊀董企铭ꎬ李㊀炎ꎬ江锡堂ꎬ等.２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢混晶机理的初步研究[Ｊ].洛阳工学院学报ꎬ１９８７ꎬ９(０２):１￣１０.收稿日期:２０２０￣０６￣１９作者简介:冶廷全(１９９０￣)ꎬ男ꎬ青海省民和县人ꎬ助理工程师ꎬ本科ꎬ学士学位ꎮ现主要从事特殊钢生产工艺研究工作ꎮ１６第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀冶廷全ꎬ等:热处理工艺对１６ＭｎＣｒＳ５＋Ｈ钢奥氏体晶粒度的影响㊀㊀㊀㊀㊀。
奥氏体晶粒度测定
实验钢的奥氏体晶粒度的测定在钢铁等多晶体金属中，晶粒的大小用晶粒度来衡量，其数值可由下式求出:式中：n —显微镜放大100倍时，6.45cm 2⑴n 2）面积内晶粒的个数。
N —晶粒度奥氏体晶粒的大小称奥氏体晶粒度。
钢中奥氏体晶粒度，一般分为1〜8等8个等级。
其中1级晶粒度晶粒最粗大，8级最细小（参看 YB27 —64）。
奥氏体晶粒的大小对以后冷却过程中所发生的转变以及转变所得的组织与性能都有极 大的影响。
因此，研究奥氏体晶粒度的测定及其变化规律在科学研究及工业生产中都有着重 要的意义。
一、奥氏体晶粒度的一般概念奥氏体晶粒按其形成条件不同，通常可分为起始晶粒、实际晶粒与本质晶粒三种，它们的大小分别以起始晶粒度，实际晶粒度与本质晶粒度等表示。
1、起始晶粒度在临界温度以上，奥氏体形成刚刚结束时的晶粒尺寸， 称起始晶粒度。
起始晶粒度决定于奥氏体转变的形核率（n ）及线生长速度（c ）。
每一平方毫米面积内奥氏体晶粒的数目N与n 及c 的关系为N =1.01 -[2. 丿由上式可知，若n 大而c 小，则起始晶粒就细小。
若 n 小而c 大则起始晶粒就粗大。
在一般情况下n 及c 的数值决定于原始组织的形态和弥散程度以及加热时的加热速度等 因素。
由于在珠光体中存在着大量奥氏体形核部位，n 极大。
故奥氏体的起始晶粒总是比较细小的。
如果加热速度快，则转变被推向高温，奥氏体起始晶粒将更加细化。
这是因为，随着 加热速度的增大和转变温度的升高，虽然形核n 和c 都增大，但n 比c 增加的幅度更大。
表1 — 6示出钢在加热时，奥氏体的 n 与c 数值与加热温度的关系，由表 1 —6中的数据可知。
相变温度从740 C 提高到800C 时n 增大280倍而c 仅增加40倍。
表— 奥氏体形核（）和线生长速度（）与温度的关系应当指出，奥氏体起始晶粒随加热速度的增大而细化的现象，只是在加热速度不太大时比 较明显。
当加热速度很大时起始晶粒不再随之细化（见表1— 7）表— 力口热速度对起始奥氏体晶粒大小的影响这可能是由于在快速加热时，转变被推向高温（大于800 C ），奥氏体的核不仅可以在铁素体与渗碳体的交界面上形成，而且可以在铁素体晶粒内嵌镶块的边界上形成。
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。
钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系
2
(4) 网状渗碳体法 适用于过共析钢的奥氏体晶粒的显示。将试样加热到 820±10℃， 保温 30～60min 后，炉冷到 600℃（冷却速度约 80～100℃/h）出炉，以保证渗碳体呈网状 分布。除去试样表面氧化层，制成金相试样，用 3%～4%硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液浸 蚀，此时晶界网状碳化物呈现白色。根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络。测定钢的奥氏体 晶粒度，晶粒内部是珠光体。 (5) 网状珠光体法（一端淬火法） 适用于淬透性较低的碳素钢和低合金钢以及不能获 得完整铁素体或渗碳体网的钢。如含碳量接近共析成分的钢。 实验时，可采用Φ 20mm×40mm 的圆柱形试样，现将试样加热到 900±10℃，保温 1h， 然后自炉中取出，一端淬入水中冷却（约入水 1/3～2/5 长度） ，冷却时不要上下运动，只可 水平移动；试样另一端在空气中冷却。由于试样从下端之上端冷却速度逐渐减小，因而沿轴 向的组织依次由马氏体向珠光体过渡。 经过这样处理的试样， 沿纵向磨去约 2～3mm 厚以后， 制成金相试样， 在淬硬与未淬硬的过渡区， 则可以找到黑色屈氏体优先沿奥氏体晶界析出的 区域。在屈氏体网所包围的内部则为灰白色的马氏体。根据黑色屈氏体网，可以测定钢的晶 粒度，所用浸蚀剂与网状铁素体法相同。 (6) 化学试剂腐蚀法 此方法分为直接腐蚀法和马氏体腐蚀法。 1）直接腐蚀法。将试样加热到 900±10℃，保温 1h 后水冷淬火，获得马氏体和贝氏体 组织，有的钢种还需经过一定温度的回火。除去试样表面脱碳层和氧化层，制成金相试样， 选用具有强烈选择性腐蚀的腐蚀剂浸蚀，使原奥氏体组织晶界变黑，而基体组织腐蚀轻微， 从而直接显现奥氏体晶粒。 本法适用于合金化高的能直接淬硬的钢，如高淬透性的铬镍钼钢等。 直接显现奥氏体晶界的腐蚀剂成分与使用条件是： ① 含有 0.5%～1%烷基苯碘酸钠 100mL 饱和苦味酸水溶液（亦可用合成洗衣粉代替烷 基苯磺酸钠） ；浸蚀时间依温度不同（20～70℃） ，可选用 0.5min 至 3h，由试验确定。如再 向此腐蚀剂中加少量医用消毒剂新洁尔灭，则能更好控制腐蚀，使样品更加清晰。 ② 含有 0.1～0.15g 十二醇硫酸钠的 100mL 饱和苦味酸水溶液，加热到 30℃，浸蚀约 100min 即可。 上述两种腐蚀剂都可抑制马氏体组织出现，促使奥氏体晶界的显示。 采用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒的常用钢种热处理工艺列于表 1-1。 表 1-1 直接显示奥氏体晶粒的热处理艺 钢号 12CrNi3A 12Cr2Ni4A 20CrNi3A 40Cr 或 45Cr 60 碳钢 38CrMoAlA 18Cr2Ni4WA 40CrNiMoA 18CrMnTi 38CrA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 30CrMnNi2MoA
金属材料晶粒度的显示、测定方法及影响因素
达到三相负荷对称。
（） 采 用特 殊接 线 的三相一 两 相 平衡 ，将 三相 电 ３
基波负序电流，由于负序阻抗 比正序 阻抗小得多 ，所 以很 小 的负 序 电压 就 会在 异 步 电机 中产 生 很大 的负序
电流 。
源转换成互成９。 ０的两相电压系统 ，接在２ 个互成９ 。 ０电 压 系 统 上 的 单 相 负 荷 ，其 负 序 电 流 在 相 位 上 相 差
一
种进行侵蚀 。图 １ 为采用渗碳法 （％一 ％ ３ ４ 硝酸酒精
图 ２ 采 用 品粒 边 界 腐 蚀 法 所显 示 的奥 氏体 晶 粒形 态 （５钢 ） ４
溶 液 ） 所 显 示 的奥 氏 体 晶 粒 形 态 （ 晶粒 度 级 别 为 ７
级 ） 。
２４ 网状铁 素体 法 ．
网状 铁 素体 法 适用 于 碳质 量 分数 为 ０ ５ ０ ０ ． ％～ ． ％ ２ ６
２３ 晶粒 边 腐蚀 法 ．
和保温时间 ， 但主要取决于加热温度。在某一加热温 度 下 ，随保 温 时间 的延 长 ，晶粒 不 断 长大 ，但 长大 到
一
定 的尺寸后 ，再 长大 就极 为缓慢 了。 在最 高加 热 温度 相 同时 ，加 热速 度 越 快 ，奥 氏体 晶粒越 细小 ，这 是 因为加 热 速度 快 ，转 变温 度 高 ，奥
１ 一】 １ ７．
电流 与每 个 引入 的相 序有 关 ，为 了减小 对 电力 系统 的 不对 称影 响 ，通 常采 用 相序 轮换 接 人 ，即换 相 联接 把
１８ § Ｔ ３
青海鹤技
２ １ 年第 ５ ０１ 期
是 ：首先将试样装入盛有渗碳剂的容器 中，送人炉中
加 热 到 ９０－０ ３ － ％并保 温 ６ ，使试 样 上 有 ｌ ｍ 以 上 的 １ ｈ ｍ
奥氏体不锈钢晶粒度
奥氏体不锈钢晶粒度【原创实用版】目录一、奥氏体不锈钢的晶粒度概述二、奥氏体不锈钢晶粒度的控制方法三、奥氏体不锈钢通过热处理细化晶粒的实例正文一、奥氏体不锈钢的晶粒度概述奥氏体不锈钢是一种广泛应用的钢材，具有良好的耐腐蚀性、韧性和强度。
晶粒度是描述钢材显微组织的重要参数，对于奥氏体不锈钢的性能和质量具有重要影响。
晶粒度越小，钢的强度、韧性和耐腐蚀性越好。
因此，在生产过程中，需要对奥氏体不锈钢的晶粒度进行严格的控制。
二、奥氏体不锈钢晶粒度的控制方法1.控制加热温度和保温时间：加热温度和保温时间是影响奥氏体晶粒度的重要因素。
加热温度越高，晶粒长大速度越快；保温时间越长，晶粒也容易长大。
因此，在生产过程中，需要根据不同钢材的特性，选择合适的加热温度和保温时间，以保证奥氏体晶粒度适中。
2.控制加热速度：加热速度对奥氏体晶粒度也有影响。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体形核率大于长大速度，有利于获得细小的起始晶粒。
但加热速度过快，保温时间过长，晶粒反而更粗大。
因此，生产上采用快速加热和短时间保温的方法来细化晶粒。
3.控制钢的原始组织及成分：钢的原始组织和成分对奥氏体晶粒度也有影响。
原始组织越细，相晶界越多，有利于获得细晶粒组织。
此外，奥氏体中碳的质量分数也会影响晶粒度。
当奥氏体晶界上存在未溶化的残余渗碳体时，未溶的渗碳体有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
三、奥氏体不锈钢通过热处理细化晶粒的实例奥氏体不锈钢通过热处理可以实现晶粒的细化。
例如，固溶处理是一种常用的热处理方法，可以提高钢的韧性和强度。
固溶处理的原理是将合金加热到高温单相区，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体。
钢在加热时的组织转变
钢在加热时的组织转变
实际晶粒度是指钢在具体的热处理或热加工 条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。实际晶粒度 直接影响钢件的性能。实际晶粒度一般比起始晶 粒度大，因为热处理生产中，通常都有一个升温 和保温阶段，就在这段时间内，晶粒有了不同程 度的长大。
钢在加热时的组织转变
不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的 奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，而有些钢的奥氏体 晶粒则不容易长大，如图1-3所示。根据奥氏体晶粒长大倾向的 不同，将钢分为两类：一类与曲线1相似，另一类与曲线2相似。 符合曲线1的钢，晶粒长大倾向大，称为本质粗晶粒钢。符合曲 线2的钢，晶粒长大倾向小，称为本质细晶粒钢。所以“本质晶 粒”并不指具体的晶粒，而是表示某种钢的奥氏体晶粒长大的倾 向性。“本质晶粒度”也不是晶粒大小的实际度量，而是表示在 规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向性的高低。
钢在加热时的组织转变
（3）残余渗碳体的溶解。在奥氏体形成过程中，铁素体比 渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这 部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥 氏体，直至全部消失。
（4）奥氏体均匀化。当残余渗碳体全部溶解时，奥氏体中 的碳浓度仍然是不均匀的，在原来渗碳体处含碳量较高，而在 原来铁素体处含碳量较低。如果继续延长保温时间，通过碳的 扩散，可使奥氏体的含碳量逐渐趋于均匀。
在连续加热时，随着加热速度的增大，奥氏 体形成温度升高，形成的温度范围扩大，形成所 需的时间缩短。
钢在加热时的组织转变
二、 奥氏体晶粒的长大及其影响因素 1. 奥氏体晶粒度的概念
根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度 可分为起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。
起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥 氏体晶粒度。一般奥氏体的起始晶粒度比较小，继续加热 或保温将使它长大。
第2章钢在高温加热时的奥氏体转变
2.1 奥氏体及其特点
1. 奥氏体的晶体结构
④ C原子在A当中分布是不均匀 的，存在浓度起伏 ⑤ 合金元素(Mn, Si, Cr, Ni, Co) 等在γ–Fe中取代Fe原子的位置 而形成置换式固溶体
2. 奥氏体的组织形态
奥氏体的组织形态与原始组织、加热速度、加热转 变的程度有关。一般由多边形等轴晶粒组成。这种形态 也称为颗粒状，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶 。
奥氏体晶粒长大现象
正常长大： 随保温温度的升高，奥氏体晶粒不 断长大，称为正常长大。 异常长大： 在加热转变中，保温时间一定时， 随着保温温度的升高，奥氏体晶粒 长大不明显，当温度超过某一定值 后，晶粒才随温度的升高而急剧长 大，称为异常长大。
奥氏体晶粒长大机理
(1) 奥氏体晶粒长大驱动力
驱动力：来自A总的晶界能的下降 减少晶界方法：晶粒长大；晶界平直化 长大方式：通过界面迁移而长大。
共析钢奥氏体等温形成动力学图
动力学曲线特点：
(1) 在高于Ac1温度加热保温时，奥氏体 并不立即生成，而是经过一定的孕育期 后才开始形成。
(2) 在整个奥氏体形成过程中，奥氏体的 形成速率不同。转变初期，转变速率随 时间的延长而加快，当转变量达到50% 左右时转变速率最大，随后转变速率又 随时间的延长而减慢。
2. 奥氏体转变机制
以共析钢为例
(1) 奥氏体的形核
形核的成分、结构条件
点阵结构： 体心立方
复杂正交
面心立方
奥氏体形核必须依靠系统内的能量起伏、 浓度起伏和结构起伏来实现
形核位置
通常在铁素体和渗碳体的相界面处
珠光体团的边界 先共析铁素体镶嵌块边界
(1) 在两相界面处，碳原子的浓度差较大，有利于获 得形成奥氏体晶核所需的碳浓度； (2) 两相界面处，原子排列不规则，铁原子有可能通 过短程扩散由母相点阵向新相点阵转移，从而促 使奥氏体形核，即形核所需的结构起伏较小； (3) 在两相界面处，杂质及其它晶体缺陷较多，具有 较高的畸变能，新相形核时可能消除部分晶体缺 陷而使系统的自由能降低。
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。
奥氏体晶粒度的测定(精)
一、实验目的
1、熟悉奥氏体晶粒度的测定方法 2、了解加热温度对奥氏体晶粒大小的影响
二、实验原理
比较法是用来测定晶粒度的最常用方法。将已准备好的试样在100倍显微镜 下进行观察，然后与标准晶粒度级别图进行比较，最近似的标准晶粒度级别定位 试样的晶粒度级别。若显微镜的放大倍数不是100倍时，仍可按标准晶粒度级别 图进行测定观察，然后按表进行换算。
多尺寸大致相同的板条马氏体定向地相互平行排列组成马氏体板条群，其内部亚结构
为位错。针状马氏体，其主要特征是：呈针状或片状，其空间立体形状为双透镜状。
在原奥氏体晶粒中最初形成的马氏体片往往是最大的，贯穿整个奥氏体晶粒，其后陆
续形成的马氏体片越来越小，相互之间呈一定交角，分割奥氏体。
• 三、实验方法•在不温度下对低、中、高碳钢进行淬火，并改变淬火介质，然后制备金相试样，
在金相显微镜下观察马氏体形态。
金相组织分析与数码摄影
• 一、实验目的
• 1、了解不同典型类型金属材料的组织特点； • 2、掌握数码摄影技术。
• 二、实验原理
•
金相数码摄影是简洁快速高效的微观组织观察和分析手段，正逐渐代替传统暗室
技术。其原理是将试样的光学信号转变为数字信号，在显示终端上进行显示和分析。
• 三、实验方法
•
针对多种类型和状态的金属材料进行金相试样制备，然后造XJG-05型大型金相显
微镜上进行观察，并利用TCI图像分析软件进行摄像和不同组织含量、晶粒度大小测定。
三、实验方法
奥氏体晶粒的显示方法： 1、渗碳法 2、等温法 3、正火法 4、氧化法 5、腐蚀法
淬火钢中的马氏体形态观察
• 一、实验目的
• 1、观察分析低、中、高碳钢淬火后的马氏体组织形态；
工程材料与热处理第5章作业题参考答案
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有以下因素影响奥氏体晶粒大小。
〔1〕加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
〔2〕加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，那么奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否那么晶粒反而更加粗大。
〔3〕钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
〔4〕钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，一样的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，那么加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
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钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系
实验目的
▲了解测定奥氏体晶粒度的常用方法 ▲掌握钢的奥氏体晶粒显示方法及评定晶粒度的方法 ▲研究加热温度对奥氏体晶粒大小的影响
实验原理
▲ 已国标化（GB/T6394-2002） ▲ 起始晶粒度—奥氏体刚形成时晶粒的大小 ▲ 实际晶粒度—钢材在某一具体热处理加热条件下
奥氏体晶粒的评定
▲ 比较法（以100×为对照） ＞90%时，记录一种 8级（75%）+4级（25%） 5～6级 ▲ 截面法（截点法）
实验内容与步骤
▲ 分组 850℃、900℃、950℃、1000℃、1100℃五组
▲ 每人一个试样，45钢
▲ 一面研磨，抛光面朝上加热，保温30min，水淬
所得到的奥氏体晶粒大小
▲ 本质晶粒度—在930±10℃，保温一定时间
后的奥氏体晶粒大小
实验原理
▲ 本质粗晶粒钢：1～4级
▲ 本质细晶粒钢：5～8级 ▲ 晶粒度数字越大，表示晶粒越细小 ▲ 可以有-1、-2级，也可以有11级、12级等
奥氏体晶粒的显示
▲ 渗碳法 ▲ 氧化法：气氛氧化、熔盐氧化腐蚀 ▲ 网状法（F、P、CⅡ) ▲ 化学试剂腐蚀法（淬火）
▲ 磨成斜面
▲ 可用腐蚀剂（2～4%硝酸酒精)
▲ 评级、公示
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验报告要求
▲ 汇总数据 ▲ 独立完成
▲ 非电子版