奥氏体晶粒长大

2.4奥氏体晶粒长大及控制
1、奥氏体晶粒长大现象
加热温度、时间对0.48%C,0.82%Mn钢奥氏体晶粒大小的影响
图4－18 加热温度、时间对0.48%C,0.82%Mn钢奥 氏体晶粒大小的影响
18Cr2Ni4WA钢的奥氏体晶粒的长大 (a)950℃，（b）1000℃，（c）1100℃，（d） 1200℃
图4-19奥氏体晶粒直径与加热温度的关系
1－不含铝的C-Mn钢 2－含Nb-N钢
2.奥氏体晶粒长大动力学
分为三个阶段： 加速长大期， 急剧长大期 减速期。
奥氏体晶粒长大动力学 曲线
3、奥氏体晶粒长大机理
已经证明：
奥氏体晶粒的正常长 大速度：
4、硬相微粒对奥氏体晶界的扎钉作用
用铝脱氧的钢及含有Nb、V、Ti等元素的钢， 钢中存在AlN、NbC、VC、TiC等微粒，这些 析出相硬度很高，难以变形，存在于晶界上时， 阻止奥氏体晶界移动，对晶界起了扎钉作用， 在一定温度范围内保持奥氏体晶粒细小。
在钢中往往存在较多的弥散的硬相微粒，当其体积 分数ƒ一定时，微粒越细，半径r越小，晶界移动的 阻力越大。微粒所占的体积分数ƒ越大，对晶界移 动的阻力也越大。如钢中的VC，NbC，TiC等可以 细化晶粒。
5.影响奥氏体晶粒长大的因素
5.1 加热温度和保温时间的影响 上已叙及，加热温度愈高，保温时间愈长，奥
氏体晶粒愈粗大。可见，每一个温度下，晶粒 都有一个加速长大期，当晶粒长大到一定大小 后，晶粒长大趋势变缓，最后停止长大。加热 温度愈高，晶粒长大愈快。因此，为了获得较 为细小的奥氏体晶粒，必须同时控制加热温度 和保温时间。较低温度下保温时，时间因素影 响较小。加热温度高时，保温时间的影响变大。 因此，升高加热温度时，保温时间应当相应缩 短。
设晶界从Ⅰ位移到Ⅱ位，晶界暂停移动，处于平衡态， 那么，阻力的大小必须等于界面总张力在水平方向上的分 力，即与在水平方向的分力相平衡。
微粒与晶粒相接触的周界长度：
L ＝2r cos
那么，总的线张力F总＝
则在水平方向上的分力
F分＝
ÒÑ Öª b = 900 + - a
水平方向上的分力 :
如果在奥氏体晶界上有一个硬相微粒，设为 球形，半径为r，如图4－19所示。
由于晶界向前移动，如 图中所示，晶界从原位 置位移到新位置，则造 成晶界的弯曲、变长， 增加了相界面面积为S， 晶界能发生变化，故界 面能升高为Sσ。 这是一个非自发过程， 所以，晶界受到了一定 的移动阻力，使移动趋 于困难。
晶界弯曲的几何证明如下：
在晶界与微粒的交点处，三个界面处于 平衡状态时，则有：
相 ＝ 相

sin 1 sin 2
因此， 1½£ 2
即晶界与微粒相界面应当垂直，那么离 开微粒的晶界必然弯曲。这使得奥氏体 交界面面积增加，使能量升高，等于阻 止晶界右移，相当于有一个阻力G作用于 奥氏体晶界。
百度文库
可见，F分是 的函数：
取 dF分 ＝0
d
Gm=Fmax=r ( 1 + cos a)
设单位体积中有N个半径为r的微粒，所占的体积 分数为ƒ，则可以证明最大阻力：
3f ( 1 + cosa)
Gm=
2r
当
a = 900 = 450
3f
最大阻力Gm= 2r
如果是一个微粒，其半径r愈小，则对晶界移 动的阻力愈大
5.2化学成分的影响
钢中的碳含量增加时，碳原子在奥氏体中的扩 散速度及铁的自扩散速度均增加。故奥氏体晶 粒长大倾向变大。在不含有过剩碳化物的情况 下，奥氏体晶粒容易长大。
钢中含有特殊碳化物、氮化物形成元素时，如 Ti、V、Al、Nb等，形成熔点高、稳定性强、 不易聚集长大的碳化物、氮化物，颗粒细小， 弥散分布，阻碍晶粒长大。合金元素W、Mo、 Cr的碳化物较易溶解，但也有阻碍晶粒长大的 作用。Mn、P元素有增大奥氏体晶粒长大的作 用。