奥氏体晶粒长大
阻止奥氏体晶粒长大的元素
阻止奥氏体晶粒长大的元素奥氏体（austenite）晶粒长大是金属材料中一个重要的结构性能问题，对材料的性能及其使用寿命有着重要影响。
奥氏体晶粒长大应该被历史悠久的科学工程师们关注，他们认为它是一个令人困惑的现象，这种现象可能会限制材料的机械性能，并影响材料的结构稳定性。
因此，有必要一探究竟，研究出阻止奥氏体晶粒长大的元素。
奥氏体晶粒的长大主要是由材料的温度和环境中的原子组成引起的，这就形成了由温度和原子元素组成的温度-元素空间，通过这个空间，我们可以探索出通过控制材料温度和环境中的特定元素组合，可以有效阻止奥氏体晶粒的长大。
首先，可以通过控制材料的温度和气压来阻止奥氏体晶粒的长大。
温度越高，材料的晶粒就越容易放大，因此需要降低材料的温度，以防止晶粒的长大。
此外，气压的影响也不容忽视。
当材料的温度高于饱和点时，气压的降低将阻碍晶粒的生长。
其次，材料本身含有的元素成分也会影响奥氏体晶粒的生长。
含有高含量碳或其他合金元素的金属材料，其奥氏体晶粒的长大会比纯金属材料慢。
相反，有些元素，比如锰，镍，铬等，可以使金属材料的晶粒长大加快。
最后，环境中的原子组成也会影响金属材料中奥氏体晶粒长大的速度。
环境中的气体组成，比如氧气，氮气等，都可以抑制金属材料中奥氏体晶粒长大。
同时，环境中的水份也会影响金属材料中奥氏体晶粒的生长，如果水份太多，则会加速金属材料中奥氏体晶粒的生长。
总之，阻止奥氏体晶粒长大的元素有很多，这些元素可以通过控制材料的温度和气压，以及材料本身的元素组成及环境中的原子组成来实现。
对于不同的应用场景，可以采用不同的方法来控制奥氏体晶粒的生长，以达到预期效果。
进一步说，选择正确的元素组合可以抑制金属材料中奥氏体晶粒的生长，从而提高材料的性能及其使用寿命。
奥氏体晶粒长大及其控制
*
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。
*
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）
*
（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
*
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。
*
（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。
奥氏体长大过程中扩散的作用
奥氏体长大过程中扩散的作用一、奥氏体长大的特点奥氏体的长大是指在合金中奥氏体相的体积分数增加，晶粒尺寸增大的过程。
奥氏体的长大是通过扩散作用实现的，其主要特点如下：1. 扩散是原子迁移的过程，需要在一定温度下进行。
常见的扩散机制有普通扩散、差别扩散和激活扩散。
2. 扩散速率与温度、扩散距离和扩散物种的浓度梯度有关。
温度越高，扩散速率越快；扩散距离越大，扩散速率越慢；浓度梯度越大，扩散速率越快。
3. 扩散过程是一个热力学平衡过程，会受到界面能的影响。
界面能越高，扩散速率越慢。
二、影响奥氏体长大的因素奥氏体长大过程中，扩散是一个关键的因素，其扩散速率受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 温度：温度是影响扩散速率的重要因素，温度越高，原子的热运动越剧烈，扩散速率越快。
2. 扩散距离：扩散距离是指原子从一个位置迁移到另一个位置所需的距离，扩散距离越大，扩散速率越慢。
3. 扩散物种的浓度梯度：浓度梯度越大，扩散速率越快。
如果合金中某一种原子的浓度较高，那么该原子会向浓度较低的区域扩散。
4. 界面能：界面能是指两种不同相之间的界面能量，界面能越高，扩散速率越慢。
5. 合金成分：合金中的元素种类和含量对奥氏体长大过程中的扩散速率有重要影响。
不同元素的扩散速率不同，元素含量的变化也会影响扩散速率。
三、奥氏体长大过程中的扩散作用在奥氏体长大过程中，扩散是实现晶粒长大的重要机制之一。
扩散作用使得奥氏体中的原子重新排列，从而形成更大的晶粒。
扩散作用的具体过程如下：1. 温度升高后，原子的热运动加剧，使得原子更容易从一个位置迁移到另一个位置。
同时，界面能降低，使得原子更容易跨越晶界。
2. 在高温下，奥氏体中的碳原子开始从高浓度区域向低浓度区域扩散。
扩散过程中，碳原子会与铁原子结合形成渗碳体。
3. 随着时间的推移，渗碳体逐渐增多，晶界逐渐消失，奥氏体晶粒逐渐长大。
4. 当温度降低到一定程度时，奥氏体晶粒的长大停止，形成了具有一定尺寸和形状的奥氏体晶粒。
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。
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。
简述奥氏体的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的过程
由Fe-Fe3C相图可知，温度在A1以下钢的平衡组织为铁素体和渗碳体，当温度超过A1(共析钢)、A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）以上，钢的组织为单相奥氏体组织。
单一奥氏体是如何形成的？实验证明，奥氏体的形成也是由形核和长大两个步骤所组成。
现以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。
图2-1为共析钢的奥氏体形成过程示意图。
(a)奥氏体形核(b)奥氏体长大(c)剩余Fe3C溶解 (d)奥氏体均匀化图2-1 共析钢的奥氏体形成过程示意图假设共析钢的原始组织是片状珠光体，当加热到Ac1温度以上并保温一定时间后，由于珠光体中铁素体和F e3C相界面上碳浓度分布不均匀，位错密度较高，原子排列不规则，处于能量较高状态，容易获得奥氏体形核所需的浓度起伏、结构起伏和能量起伏。
所以奥氏体晶核优先在相界面上形成。
当然，珠光体群边界也可能成为奥氏体的形核部位。
奥氏体形核后便开始长大。
奥氏体晶核形成以后，它的一侧与铁素体相邻，而另一侧与Fe3 C相邻。
假设它们的界面是平直的，则根据Fe-Fe3C相图可知，奥氏体中的碳浓度是不均匀的。
与Fe3 C相邻界面的碳浓度高于奥氏体与铁素体相邻界面的碳浓度。
因此，碳在奥氏体中的分布出现梯度，并引起碳在奥氏体中不断地从高浓度处向低浓度处扩散，从而破坏了相界面的平衡。
为了恢复平衡Fe3C就不断地溶人奥氏体，以保持它们之间的相界面的碳浓度。
与此同时，在另一侧界面上，由于奥氏体的碳原子向铁素体中不断扩散，致使铁素体不断转变为奥氏体。
这样奥氏体的两个界面就不断地向铁素体和Fe3C方向移动，奥氏体便长大。
在铁素体内，由于它与Fe3C和奥氏体接触的两个界面之间也存在碳浓度差，因此，碳在铁素体内也进行着扩散，结果加速铁素体向奥氏体的转变，使奥氏体长大。
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
奥氏体不锈钢晶粒度
奥氏体不锈钢晶粒度摘要：一、奥氏体不锈钢晶粒度的概念及影响因素二、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践正文：一、奥氏体不锈钢晶粒度的概念及影响因素奥氏体不锈钢晶粒度是指在钢中奥氏体晶粒的大小。
晶粒度对不锈钢的性能有着重要影响，如强度、韧性、耐腐蚀性等。
影响奥氏体不锈钢晶粒度的因素主要有：1.钢的化学成分：碳、铬、镍等元素对奥氏体晶粒度有显著影响。
碳质量分数的增加会促使晶粒度变大，而铬和镍的质量分数的增加则有细化晶粒的作用。
2.钢的原始组织：钢的原始组织对奥氏体晶粒度也有影响。
如铁素体、珠光体等原始组织细化，有利于获得细小的奥氏体晶粒。
3.加热温度与保温时间：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，在保证工件完全热透并获得均匀奥氏体的前提下，应尽量降低加热温度和保温时间。
4.加热速度：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。
但保温时间过长，晶粒反而会变得更粗大。
二、奥氏体不锈钢晶粒度的控制方法为使钢在热处理加热时奥氏体晶粒不粗化，可以采取以下措施：1.控制加热温度与保温时间：在保证工件完全热透并获得均匀奥氏体的前提下，尽量降低加热温度和保温时间。
2.控制加热速度：采用快速加热和短时间保温的方法，以获得细小的起始晶粒。
3.控制钢的原始组织：通过调整钢的化学成分和热处理工艺，使钢的原始组织细化，有利于获得细小的奥氏体晶粒。
三、奥氏体不锈钢通过热处理细化晶粒的实践奥氏体不锈钢通过热处理，可以实现晶粒的细化。
具体操作方法如下：1.固溶处理：将合金加热到高温单相区，保持恒温，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的热处理工艺。
固溶处理可以细化晶粒，提高钢的性能。
2.退火处理：在奥氏体不锈钢加热到相变点以上某一温度，保温一段时间后，缓慢冷却，以获得均匀的奥氏体组织。
退火处理可以降低晶粒度，提高钢的塑性和韧性。
Cr8钢奥氏体晶粒长大规律
analysis of experimental date with the Sellar function．
Key words： Cr8 steel； recrystallization； austenite； grain growth； mathematical model
高铬钢具有良好的淬透性、回火稳定性、耐磨性 以及较好的综合力学性能，正逐渐被应用于轧辊的生 产和制造。近些年来，Cr 含量为 8% ～ 12% 的新型轧 辊开始出现，国内外专家学者已经开始对此类钢材的 材料特性展开研究，其研究成果也逐渐开始得到越来 越为广泛的应用。研究 Cr8 钢奥氏体晶粒的长大规 律是研究 该 钢 种 材 料 特 性 的 一 项 重 要 内 容［1，2］，对 Cr8 钢轧辊的生产工艺制定具有重要意义。为此，本
heating temperature during the inhibition growing up stage and approximately has a power function relationship with the holding time during
the whole heating process． A mathematical model of austenite grain growth of the Cr8 steel is obtained based on nonlinear regression
第35卷 第2期 2014年 2月
材料热处理学报
TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENT
DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2014.02.018
Vol ． 35 No ． 2 February 2 0 1 4
奥氏体
奥氏体：奥氏体A或合金元素在γ-Fe中的固溶体。
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。
奥氏体为面心立方结构，碳原子位于奥氏体晶胞八面体的中心，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。
碳原子在奥氏体中的分布也是不均匀的，存在浓度起伏。
奥氏体的晶格常数随着含碳量的增加而增加，这是碳原子溶入使晶格膨胀的缘故。
当奥氏体中含有合金元素时，大多数合金元素如Mn,Cr,Ni,Co,Si等，在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。
奥氏体的特点：1,A是最密排的点阵结构，致密度高，故A的质量体积最小。
转变成M形式时，体积膨胀2,点阵滑移系多，故A的塑性好，屈服强度低，易于加工变形3,A是高温相，在室温下不稳定，但在钢中加入足够多的扩大γ-Fe相区的化学元素，则可使A稳定在室温4。
A具有顺磁性5,A的导热性差，线膨胀系数最大，故可用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
奥氏体形成过程：奥氏体的形成是扩散性相变。
分为四个阶段，即1，奥氏体形核，2，晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大3，剩余碳化物溶解4，奥氏体成分均匀化。
奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。
奥氏体的形成速度取决于形核率N和长大速度vg。
温度越高，晶粒越细。
影响A形成速度的因素：一切影响A形核率和增大素的的因素都影响奥氏体的形成速度。
1.，加热温度：（1）奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增大。
转变孕育期变短，相应的转变终了时间也变短。
（2）随着奥氏体形成温度升高，形核率增大速度高于长大速度的增长速率。
因此奥氏体形成温度愈高，起始晶粒度愈小(3)随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁素体的推移速度与向渗碳体的推移速度之比增大。
当奥氏体将铁素体全部溶解时，剩下的渗碳体量增多。
2,钢中含碳量和原始组织的影响：(1)钢中含碳量愈高，奥氏体形成速度愈快(2.)钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。
3,合金元素的影响：(1)对扩散系数的影响。
强碳化物形成元素，降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而减慢奥氏体的形成速度。
课题二奥氏体形成
（3）剩余渗碳体的溶解 剩余渗碳体借助于Fe、C原子的扩散进 一步溶解。
（4）奥氏体成分的均匀化 原渗碳体部位的碳浓度高，原铁素体部 位的碳浓度低。 通过Fe、C原子在新形成奥氏体中的扩 散，实现奥氏体成分的均匀化。
17
4、 奥氏体形成的动力学
4.1 形核率
为了满足形核的热力学条件，需依靠能量起 伏，补偿临界晶核形核功，所以形核率应与获 得能量涨落的几率因子 exp(-∆G*/kT) 成正比。
在 930±10℃，保温3~8小时后测定： 1~4级----本质粗晶粒钢，晶粒容易长大。 5~8级----本质细晶粒钢，晶粒不容易长大。
30
Ac1
930℃
图2-11 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响 31
6.2 奥氏体晶粒长大机制
(1) 晶粒长大的驱动力
驱动力来自总的晶界能的下降。
对于球面晶界，有一指向曲率中 心的驱动力P作用于晶界。
Vt ---- 新形成奥氏体的体积分数
转变量达50%左右时，转变速度最大。 转变温度越高，奥氏体形成的孕育期越短。 转变温度越高，完成转变所需的时间越短。
21
形成温度升高，N的 增长速率高于G的增长 速 率 ， N/G 增 大 ， 可 获 得细小的起始晶粒度。
形 成 温 度 升 高 ， Gγ→α/Gγ→k 增大 ， 铁 素 体消失时，剩余渗碳体 量增大，形成奥氏体的 平均碳含量降低。
晶粒长大速度与晶界迁移速率及晶 粒长大驱动力成正比。
V K exp Qm
RT R K 常数
(2 8)
Qm 晶界移动激活能
40
随加热温度升高， 奥氏体晶粒长大速 度成指数关系迅速 增大。
加热温度升高时， 保温时间应相应缩 短，这样才能获得 细小的奥氏体晶粒。
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
→
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。
第三讲-奥氏体晶粒长大及其控制
• 第二相粒子的存在起到细化 晶粒的作用。
• 为了获得细小的奥氏体晶粒， 必须保证钢中含有足够的第 二相难溶粒子。
• 沉淀析出粒子的分布不均匀， 可造成局部区域晶粒异常长 大。
3、影响奥氏体晶粒长大的因素
• 在起始晶粒形成后，钢的实际晶粒度取决于奥氏 体晶粒在继续保温或升温过程中的长大倾向。起 始晶粒越细小，则晶界能越高，长大倾向越大。
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 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。
• 晶粒长大表现为晶界的推移，实质是原子在晶界 附近的扩散。 影响奥氏体晶粒长大的因素： 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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
结论：
• A晶粒长大驱动力来自A的晶界能。 • 沉淀析出的第二相粒子是晶界推移的阻力，粒子越小，单位
体积中粒子数目越多，阻力越大。 • 随着奥氏体晶粒的长大，总的晶界面积逐渐减小，晶粒长大
动力减小。当晶粒长大动力和第二相弥散析出粒子的阻力相 平衡时，奥氏体晶粒停止长大，即奥氏体晶粒长大到一定程 度后就不再长大。 • 奥氏体晶粒平均极限半径取决于第二相沉淀析出粒子的半径 和单位体积中的数目。
渗碳淬火后残留奥氏体生产原因
渗碳淬火后残留奥氏体生产原因
渗碳淬火后残留奥氏体的产生原因较为复杂，主要包括以下几个方面：
1. 渗碳温度的影响：渗碳温度过高会导致奥氏体晶粒长大，淬火后更容易形成残留奥氏体。
2. 淬火介质的影响：淬火介质的选择对残留奥氏体的形成也有影响。
如果淬火介质冷却速度过快，会导致奥氏体来不及转变为马氏体，从而形成残留奥氏体。
3. 合金元素的影响：钢中的合金元素对残留奥氏体的形成也有影响。
例如，铬、镍等元素会增加残留奥氏体的数量，而硅、锰等元素则会减少残留奥氏体的数量。
4. 淬火前原始组织的影响：淬火前的原始组织对残留奥氏体的形成也有影响。
如果原始组织中存在未溶解的碳化物或大量铁素体，会导致淬火后更容易形成残留奥氏体。
5. 回火温度的影响：回火温度对残留奥氏体的形成也有影响。
如果回火温度过高，会导致奥氏体重新稳定，增加残留奥氏体的数量。
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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。
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
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℃
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。
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＝ 则在平方向上的分力 F分＝
ÒÑ Öª b = 900 + - a
水平方向上的分力 :
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。
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
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。