奥氏体晶粒度的测定实验

一、实验目的

1.进一步明确钢的晶粒度的概念。

2.了解显示出奥氏体晶粒的方法。

3.掌握测定钢中奥氏体晶粒度的方法。

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着密切的关系。细晶粒金属材料的机械性能，工艺性能均比较好，它的冲击韧性和强度都比较高，塑性好，易于加工，在淬火时不易变形和开裂。

金属材料的晶粒大小称为晶粒度，评定晶粒粗细的方法称为晶粒度的测定。为了便于统一比较和测定，国家制定了统一的标准晶粒度级别。按晶粒大小分为8级，1～3级为粗晶粒，4～6级为中等晶粒，7～8级为细晶粒。

钢的晶粒度测定，分为测定奥氏体本质晶粒和实际晶粒，本实验首先显示出钢的奥氏体晶粒，然后进行晶粒度测定。下面具体介绍奥氏体晶粒的显示和测定晶粒度的方法。

三、实验内容

1. 奥氏体晶粒的显示

由于奥氏体在冷却过程中发生相变，因而在室温下一般已不存在，要确定钢的奥氏体晶粒大小，必须设法在冷却以后仍能显示出奥氏体原来的形状和大小，常用的方法：

1) 常化法

试样加热到所需的温度，保温后在空气中冷却。对中碳钢（0.30～0.6%C）当加热到Ac

以上温度以后，在空气中冷却时通过临界温度区域，会沿着奥氏体

晶粒边界析出铁素体网。对于过共析碳钢试样加热到Acm 以上后缓冷，可根据沿晶界析出的渗碳网来确定晶粒度。 2) 氧化法

将抛光的试样置于弱氧化气氛的炉中加热一定时间后，放于水中淬火或空气中冷却，试样在炉中形成一层氧化膜，由于晶界较晶内化学活性大氧化深，所以能在100倍显微镜下直接观察到晶粒，如晶界不太清楚可轻度抛光，再用4%苦味酸酒精溶液浸蚀，便可以显露出原来的奥氏体晶粒，看到晶界呈黑色网络，可用于测定亚共析碳钢，共析碳钢及合金钢的奥氏体晶粒度。 3) 渗碳法

将试样放于有40%BaCO 3+60%木炭或30%Na 2CO 3+70%木炭的渗碳箱中，加热到920～940℃保温8小时，然后缓慢冷却。此法常用来测定低碳钢的奥氏体晶粒度。除上述方法以外，还有油淬法，晶界边腐蚀法，金属扩散法等。 2. 测定晶粒度的方法

下面介绍两种测定晶粒度的方法。 1) 比较法

测定晶粒度时，把已制备好的试样放在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，最近似的晶粒度级别定为试样的晶粒度级别。如果显微镜的放大倍数不是100倍时，仍可按标准晶粒度级别图测定观察时的晶粒度，然后再查有关附表换算成100倍时的标准晶粒度级别，若试样晶粒不均时，则可记7～8级，7～5级等，前一级别的晶粒占多数。 2) 弦长计算法

先将待测试样选择有代表性的部位，在显微镜下直接测定，或摄成金相照片，放大倍数一般为100倍，当晶粒过大或过小时，放大倍数可适当小或放大，使视场内不少于50个晶粒为限，用带有标尺或线段（亦可为一个圆圈）的目镜，数出相截的晶粒总数，如为照片，则在照片上画出几条线段，数出相截的晶粒总数。线段端部或尾部未被完全相截的晶粒，应以一个晶粒计之，然后按下式计算弦的平均长度，查表6-1确定晶粒度级别。

n d τ?=

式中：d —弦的平均长度（mm ）

n—线段条数，一般为3条

L—每条线段长度（mm）

τ—相截晶粒总数

M—放大倍数。

如用带有线段或圆圈的目镜测定时，因线段或圆周长度，已用该放大倍数的显微测微尺标定，所以用上式不再考虑放大倍数。

四、实验设备及材料

1. 设备：金相显微镜；

2. 材料：碳钢试样、各号金相砂纸、抛光布、抛光膏、脱脂棉、3~5﹪硝酸酒精溶液、试样、竹夹子等。

五、实验报告要求

1. 写出显示奥氏体晶粒的基本原理及常用方法。

2. 简述本实验所用测定奥氏体晶粒度的方法。

3. 讨论温度对奥氏体晶粒大小的影响。

晶粒度号

放大100倍时、每

64.5mm2面积内所含晶

粒数目

实际mm2面积平

均含有晶粒数

平均每一晶粒

所占面积（mm2）

计算的晶粒平

均直径（mm）

弦的平均

长度（mm）最多最少平均

-3※0.09 0.05 0.06 1 1 1 0.886 -2※0.19 0.09 0.12 2 0.5 0.707 0.627 -1※0.37 0.17 0.25 4 0.25 0.500 0.444

0 0.75 0.37 0.5 8 0.125 0.363 0.313

1 1.5 0.75 1 16 0.0625 0.250 0.222

2 3 1.5 2 32 0.0312 0.177 0.157

3 6 3

4 64 0.0156 0.12

5 0.111

4 12 6 8 128 0.0078 0.088 0.0783

5 24 12 1

6 256 0.0039 0.062 0.0553

6 48 24 32 512 0.0019 0.044 0.0391

7 96 48 64 1024 0.0098 0.031 0.0267

8 192 96 128 2048 0.00049 0.022 0.0196

9 384 192 256 4096 0.000244 0.0156 0.0138

10 768 384 512 8192 0.000122 0.0110 0.0098

11 1536 768 1024 16384 0.000061 0.0078 0.0069

12 3072 1536 2048 32768 0.000030 0.0055 0.0049 ※为了避免在晶粒度号前出现“一”号,近来有人把-3,-2,-1等晶粒度改写为0000,000及00号。