文档介绍：914奥氏体晶粒长大及其控制
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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914奥氏体晶粒长大及其控制
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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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Hall-Petch公式
奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响
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可以用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体晶粒数目来表示奥氏体晶粒大小。为了方便起见,实际生产上习惯用奥氏体晶粒度来表示奥氏体晶粒大小。
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奥氏体晶粒度级别N与奥氏体晶粒大小的关系为
式中,n为放大100倍视野中每平方英寸()所含的平均奥氏体晶粒数目。
奥氏体晶粒愈细小,n就愈大,N也就愈大。
奥氏体晶粒度级别N通常分为8级标准评定,l级最粗,8级最细,超过8级以上者称为超细晶粒。
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晶粒度级别N
放大100倍时每平方英寸面积内晶粒数n
平均每个晶粒所占面积(mm2)
晶粒平均直径d
(mm)
弦平均长度
(mm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
4
8
16
32
64
128
256
512
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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。
奥氏体晶粒度
根据标准试验方法,在930±10℃保温足够时间(3~8小时)后测得的奥氏体晶粒大小。此时,奥氏体晶粒度在5~8级者称为本质细晶粒钢,而奥氏体晶粒度在1~4级者称为本质粗晶粒钢。
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本质晶粒度只是表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性,与实际晶粒度不尽相同。
例如,对于本质细晶粒钢,当加热温度超过950~1000℃时也可能得到十分粗大的实际晶粒。而对于本质粗晶粒钢,当加热温度略高于临界点时也可能得到比较细小的奥氏体晶粒。
但在一般情况下,本质细晶粒钢热处理后获得的实际晶粒往往是细小的。
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因此,在一定温度条件下,由于界面张力平衡作用,凡邻接晶粒数小于6的晶粒的晶界将弯曲成正曲率弧,使晶界面积增大,界面能升高。而为了减少晶界面积以降低界面能,晶界有由曲线(曲面)变成直线(平面)的自发趋势,因此,将导致该晶粒缩小,直至消失;而邻接晶粒数大于6的晶粒的晶界也因界面张力平衡而弯曲成负曲率弧,同样为了减少界面面积,降低界面能,该晶粒将长大,从而吞并小晶粒。
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聚集再结晶
进一步提高加热温度或延长保温时间,大晶粒将继续长大。所以,奥氏体晶粒长大就是这种无数个小晶粒被吞并和大晶粒长大的综合结果。这种长大过程称为奥氏体的聚集再结晶。
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奥氏体晶粒的长大驱动力F与晶粒大小和界面能大小有关,可用下式表示
式中,σ为单位面积晶界界面能(比界面能);R为晶界曲率半径,若晶粒为球形时R即为其半径。
可见,若比界面能愈大,晶粒尺寸愈小,则奥氏体晶粒长大的驱动力F就愈大,即晶粒长大的倾向性就愈大,晶界愈容易迁移。
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(2)晶界推移阻力
在实际材料中,在晶界或晶内往往存在很多细小难溶的第二相沉淀析出粒子。推移中的晶界遇到第二相粒子时将发生弯曲(与第二相界面保持垂直,界面力平衡),导致晶界面积增大,界面能升高,因此这些第二相粒子将阻碍晶界迁移,起着钉扎晶界的作用。。
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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。
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第二相粒子对晶界推移的最大阻力Fm与粒子半径r及单位体积