第三讲-奥氏体晶粒长大及其控制.ppt

1）奥氏体形成符合一般的相变规律：是形核和核长大的过程；2）奥氏体的形成过程是一个扩散型相变的过程；3）奥氏体晶核是依靠系统内晶界或缺陷处的能量起伏、浓度起伏、结构起伏形成的；4）奥氏体晶核优先形成位置是：铁素体和渗碳体的界面处、或珠光体团的边界处；,奥氏体等温形成的动力学:A形成有孕育期，加热温度越高，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1130C,2)相变是在一个温度范围内完成的3)奥氏体形成速度随加热速度增大而增大4）奥氏体成分的不均匀性随加热速度增大而增大5)奥氏体起始晶粒大小随加热速度增大而细化,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-1,2.5奥氏体晶粒长大及其控制,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：1）起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体刚形成，晶粒边界刚接触时的晶粒大小。2)本质晶粒度：在标准实验条件下（93010C，保温38小时）测得的奥氏体晶粒，晶粒度在58级的为本质细晶粒钢，14级的为本质粗晶粒钢。表示钢在一定条件下A晶粒长大的倾向。3）实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的实际奥氏体晶粒大小，其大小取决于钢材的本质晶粒度和实际加热条件。,本质细晶粒钢：加热温度范围较宽，在热处理后获得的实际晶粒往往是细小的。本质粗晶粒钢：需严格控制加热温度。本质晶粒度是奥氏体的热处理工艺性能的一个重要指标。,奥氏体起始晶粒大小：取决于形核率和长大速度，1mm2内A晶粒的数目：说明：增大形核率或降低长大速度是获得细小奥氏体晶粒的重要途径奥氏体实际晶粒度取决于钢材的本质晶粒度和实际加热条件加热温度越高，保温时间越长，奥氏体的实际晶粒越粗大。,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的晶界能理想状态的晶界如图：晶界呈直线三条晶界相交一点成120晶粒呈六边形A晶粒长大:通过晶界迁移总趋势：大晶粒吃小晶粒,A长大驱动力F：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。,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。,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。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,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加，奥氏体晶粒反而细化。,4、钢中加入适量的形成难溶化合物的合金元素，将强烈地阻碍奥氏体的长大，如Nb、Ti、Zr、V、Al等；形成易溶化合物的合金元素如W、Mo、Cr等也阻碍奥氏体晶粒的长大冶炼方法的影响：用铝脱氧的钢，奥氏体晶粒长大倾向小，属于本质细晶粒钢。原始组织的影响：原始组织越细，得到的奥氏体晶粒就越细。,5.细化奥氏体晶粒的措施合理选择加热温度和保温时间合理选择原始的组织加入合金元素采用重结晶处理,组织遗传：当原始组织为非平衡组织，以一定的速度加热时，可能使原来的粗大奥氏体晶粒恢复原状。断口遗传：由粗大的奥氏体形成的非平衡组织，当中速加热获得细小奥氏体晶粒后，冲击断口仍可能出现粗大颗粒状断口。,6组织遗传和断口遗传,硝酸酒精腐蚀：板条状马氏体低碳合金钢,苦味酸腐蚀：原奥氏体晶界,组织遗传,组织遗传现象消除措施两次等温处理,（a）（b）,等温处理工艺：90030min奥氏体化+60040min（a）一次等温处理,（b）2次等温处理,循环相变细化,(a)26(b)19循环相变参数：1000奥氏体化，加热速率70/sec(a)循环一次(b)循环三次,循环相变细化,(a)22(b)10循环相变参数：1000奥氏体化，加热速率70/sec(a)循环一次,(b)循环三次,本章小结：奥氏体的组织、结构、性能奥氏体形成的热力学条件奥氏体的形核、晶