奥氏体晶粒大小的控制概要
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。
奥氏体晶粒大小的控制概要
影响奥氏体晶粒长大的因素
5.含碳量的影响(有临界值) 随着奥氏体含碳量的增加，Fe、C原子的扩散 速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了
残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大
倾向减小。
获得细小而均匀的奥氏体晶粒是 保证热处理产品质量的关键！影响奥氏体晶粒长大的因素
1.加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体 晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热 温度范围。 2.保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保 温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不 会无限制地长大下去。
冶炼和脱氧条件冶炼时用铝脱氧或加入nbzrvti等强碳化物形成元素形成难溶的碳化物颗粒阻止奥氏体晶粒长大在一定温度下晶粒不易长大
奥氏体晶粒对钢室温组织、性能的影响
1.组织的影响 奥氏体晶粒越小，转变后的组织越小。 2.性能的影响 细小的晶粒，其强度、塑性与韧性都较高， 反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却后仍获得粗晶 粒组织，是钢的力学性能降低。
影响奥氏体晶粒长大的因素
3.加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体 的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产 中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。
4.冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化 物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒,阻止奥氏体晶粒 长大，在一定温度下晶粒不易长大。
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
7.奥氏体晶粒大小的控制
第五章
第五节
钢的热处理
典型零件的热处理分析
前面介绍了几种机械工业中常用的热处理方法，
它们是机械零件制造过程中，为了获得所需要的工艺
性能和使用性能所采取的重要工序。针对某一具体零 件，如何根据其制造材料和要求，正确选用热处理方 法和确定技术条件，合理安排热处理在整个制造过程 中的工序位置呢？
第五章
第五章
钢的热处理
气体渗碳炉及原理示意图 1—风扇电动机 2—废气火焰 3—炉盖 4—砂封 6—耐热罐 7—工件 8—炉体
5—电阻丝
第五章
钢的热处理
工件渗碳后，表层含碳量最高，向内逐渐降低，中心 则为钢的原含碳量。
低碳钢渗碳缓冷后的渗碳层显微组织（200×）
第五章
钢的热处理
2. 钢的渗氮
在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面以形成高氮硬化 层的化学热处理工艺称为渗氮，其目的是提高工件表面的硬度、
聚集长大（400℃以上）。
40钢的力学性能与回火温度的关系
第五章
钢的热处理
4. 回火的方法和应用
常用回火方法、回火组织、性能及应用
45 钢正火或调质后力学性能比较
第五章
第四节
钢的热处理
钢的表面荷的作用，如汽车变速齿轮、传动齿轮轴等，此类零 件不仅要求具有较高的硬度和耐磨性，而且还应具有足够 的塑性和韧性。这一特殊性能要去是无法通过调节钢的含 碳量或采用常规热处理方法解决的。 可否通过一些方法，让零件表面具有较高的硬度而心 部具有较高的塑性和韧性呢？
耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。渗氮的特点：
（1）渗氮层具有很高的硬度和耐磨性。 （2）渗氮温度低，工件变形小。 （3）渗氮零件具有很好的耐蚀性。 （4）渗氮工艺过程复杂，生产周期长，渗氮层薄而脆，不宜
三种控制晶粒大小的方法
三种控制晶粒大小的方法宝子们，今天咱来唠唠控制晶粒大小的事儿。
这晶粒大小可重要啦，不同的晶粒大小会让材料有不一样的性能呢。
第一种方法就是控制过冷度。
啥是过冷度呢？简单说就是实际结晶温度和理论结晶温度的差值。
这个差值越大呀，晶粒就越细小。
就好像你在跑步比赛，起跑信号越晚（类比过冷度大），大家就会跑得更分散（类比晶粒细小）。
要是过冷度小呢，就像起跑信号很快就来了，那大家就容易挤在一起（晶粒粗大）。
所以呀，我们可以通过改变冷却速度来调整过冷度。
冷却得快一点，过冷度就大啦，晶粒就会变小。
比如说在金属铸造的时候，把熔融的金属快速冷却，就能得到细小的晶粒，让金属的性能变得更好。
再来说说第二种方法，变质处理。
这就像是给晶粒找个“小管家”。
往液态金属里加入一些变质剂，这些变质剂就像一个个小监督员。
它们会吸附在正在生长的晶核表面，改变晶体生长的方式。
就好比一群小朋友在画画，本来可能画得乱七八糟（晶粒生长无规则且粗大），这时候来了几个小老师（变质剂），指导小朋友们规规矩矩地画（晶粒规则且细小）。
像在铝合金中加入钛、硼等元素作为变质剂，就能有效地细化晶粒，让铝合金的强度、硬度等性能都提升不少呢。
还有第三种方法哦，振动和搅拌。
这就像是给正在结晶的物质做个按摩或者搅一搅。
在结晶过程中，如果对液态金属进行机械振动或者电磁搅拌。
就好比你在做蛋糕的时候，搅拌面糊（类比搅拌液态金属），原本可能会结块的东西（类比粗大晶粒）就会被打散，变成细小均匀的状态。
振动也是一样的道理，通过这种方式可以打碎正在生长的树枝状晶体，让晶粒变得更小。
这样处理后的材料性能会更加均匀、优良。
奥氏体晶粒长大
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℃
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1.组织的影响 奥氏体晶粒越小，转变后的组织越小。 2.性能的影响 细小的晶粒，其强度、塑性与韧性都较高， 反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却后仍获得粗晶 粒组织，是钢的力学性能降低。
获得细小而均匀的奥氏体晶粒是 保证热处理产品质量的关键！
影响奥氏体晶粒长大的因素
1.加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体 晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热 温度范围。 2.保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保 温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不 会无限制地长5.含碳量的影响(有临界值) 随着奥氏体含碳量的增加，Fe、C原子的扩散 速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了
残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大
倾向减小。
影响奥氏体晶粒长大的因素
3.加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体 的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产 中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。
4.冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化 物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒,阻止奥氏体晶粒 长大，在一定温度下晶粒不易长大。