鋼的奧氏體晶粒大小的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)二、 鋼的奧氏體晶粒大小的測(cè)定 （3 學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉鋼的奧氏體晶粒的顯示方法，各種的優(yōu)缺點(diǎn)和適用方法。2、掌握奧氏體晶粒大小的測(cè)定方法及評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、根據(jù)鋼的奧氏體形成過(guò)程和晶粒長(zhǎng)大情況，奧氏體晶粒度可分為： 起始晶粒度珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的奧氏晶粒的大小。 實(shí)際晶粒度鋼在具體的熱處理或熱加工條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。本質(zhì)晶粒度鋼在標(biāo)準(zhǔn)加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小， 它表征奧氏體晶粒長(zhǎng)大 的傾向。鋼的珠光體， 貝氏體和馬氏體等組織都是由奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的， 奧氏體晶粒的大小直接 影響了轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及性能， 因此冶金部規(guī)定了用標(biāo)準(zhǔn)工藝的實(shí)驗(yàn)方法

2、來(lái)測(cè)定奧氏體晶粒 度。根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)量奧氏體本質(zhì)晶粒度必須把試樣加熱到930C上下10C，保溫3小時(shí)或 8 小時(shí)， 以適當(dāng)?shù)睦鋮s方式冷卻后， 在室溫顯示或測(cè)量奧氏體晶粒度。 通常只測(cè)量奧 氏體本質(zhì)晶粒度和實(shí)際晶粒度。鋼的奧氏體晶粒度大小的測(cè)定包括二個(gè)步驟； 1、奧氏體晶粒的顯示， 2、奧氏體晶粒尺 寸的的測(cè)定和評(píng)級(jí)。三、實(shí)驗(yàn)方法：（一）、奧氏體晶粒的顯示方法：絕大多數(shù)的鋼的奧氏體只是在高溫下才是穩(wěn)定的相， 冷卻時(shí)將轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷慕M織或 部分殘留下來(lái)。 因此測(cè)定奧氏體晶粒首先要設(shè)法將高溫下的奧氏體晶界輪廓痕跡在室溫下顯 示出來(lái)常用的顯示奧氏體晶粒的方法已有規(guī)定 按原理可歸納 為三類：1

3、、滲入外來(lái)元素的方法：鋼在奧氏體狀態(tài)時(shí)， 用碳氧和其它元素滲入鋼中利用晶界比晶粒內(nèi)有較大的化學(xué)活潑性的特 點(diǎn)，在晶界上優(yōu)先形成滲碳體或氧化亞鐵等組成物，利用 這些組成物的網(wǎng)絡(luò)以顯示出高溫狀態(tài)下奧氏體晶粒的輪廓。這類方法采用的有滲碳法和氧化法。并被廣泛應(yīng)用，但由于外來(lái)元素的滲入， 改變了鋼的成分， 或由于氧化物在晶界的形成， 影響了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大速 度，因而影響了測(cè)定的準(zhǔn)確性。（ 1 ）、滲碳法：試樣在 60%木炭 +40%BaCO3 或 70%木炭 +30% BaCO3 的滲劑中進(jìn)行固體滲碳，滲碳溫 度930C上下10C保溫58小時(shí)（滲碳層深度不小于 1 MM表面碳濃度達(dá)到過(guò)共析為宜）。 滲

4、碳后爐冷，冷卻速度碳素鋼為100C/小時(shí)：合金鋼為 50/小時(shí)。但溫度低于 600C時(shí)，冷卻速度可以不受限制。滲碳后的緩冷過(guò)程中，在過(guò)共析層里，滲碳體優(yōu)沿奧氏體晶界析出，試樣磨制后，在 顯微鏡下可觀察到滲碳體網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)滲碳體網(wǎng)絡(luò)即可評(píng)定奧氏體晶粒大小。顯示滲碳體試樣顯微組織的浸蝕劑可用 下列任意一種：a、 4%硝酸酒精溶液（或 5%苦味酸酒精溶液） ，網(wǎng)狀滲碳體呈白色。B堿性苦味酸鈉溶液（苦味酸 2克、氫氧化鈉20克、水100ml）浸蝕時(shí)間10 20分 鐘。網(wǎng)絡(luò)狀滲碳體呈黑紫色。這方法多用于滲碳鋼，對(duì)含炭化物形成元素過(guò)多的鋼種，不能形成炭化物網(wǎng)絡(luò)，固不 宜采用。（ 2）、氧化法：試樣先用細(xì)砂紙

5、磨光，然后放入氧化氣氛爐中加熱到930C,保溫3小時(shí)后在水（油）中冷卻，細(xì)心研磨，磨區(qū)試樣表面的大部分氧化皮，保留晶界上的氧化物， 再經(jīng)拋光、浸蝕。再顯微鏡下觀察，即可顯示奧氏體的氧化晶界。為了獲得正確的結(jié)果，操作過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a、試樣出爐后應(yīng)快冷：避免鐵素體呈塊狀析出，避免與氧化的奧氏體晶界相混淆。同 時(shí)快冷后可能會(huì)有少量奧氏體析出，而是沿奧氏體晶界分布反而增強(qiáng)了奧氏體晶界的分辨。b、掌握適量的磨量：如果磨量太少，只能觀察到氧化膜而看不到奧氏體晶界。而磨量太多，則氧化的奧氏體晶界將被全部磨掉。因此建議將試樣磨成一個(gè)斜面，當(dāng)表面磨到大部分光亮?xí)r，其余部分呈灰黑色時(shí)，即可拋光浸蝕。這樣在

6、磨面上就可找到一段合適的評(píng)級(jí)區(qū) 域。C由于先形成的氧化晶界上的氧化物會(huì)阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，因此氧化層外部區(qū)域 的晶粒較細(xì)。為了獲得正確的結(jié)果，應(yīng)該靠近鋼的內(nèi)部而又具有完整氧化網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域來(lái)評(píng)級(jí)。D、晶界的確定：經(jīng)用浸蝕劑浸蝕后晶界上形成凹溝，在顯微鏡下不易觀察只要調(diào)動(dòng)微 調(diào)，使物鏡移近或移遠(yuǎn)試樣，即可觀察到白色或黑色網(wǎng)絡(luò)狀的奧氏體晶界。2、網(wǎng)狀法：（1）、網(wǎng)狀鐵素體法：網(wǎng)狀鐵素體法適用于含碳量為0.25 0.60%的亞共析鋼。試樣加熱到 930 C保溫3小時(shí)后，在730C等溫10分鐘后淬火，200C回火后，由于先共析鐵素體沿奧氏體晶界析出。制 樣、浸蝕后在顯微鏡下即可觀察到沿晶界析出的鐵素體網(wǎng)

7、絡(luò)，即高溫下的奧氏體晶界。含碳量大于60%的亞共析鋼，由于先共析鐵素體太少，無(wú)法形成較完整的鐵素提網(wǎng)絡(luò)，此法部適用。（2）網(wǎng)狀珠光體法：（屈氏體法）本方法適用于碳含量接近于共析成分的亞共析鋼和過(guò)共析鋼。試樣（直徑20mm長(zhǎng)40mm）加熱到930 C,保溫3小時(shí)后迅速將試樣一端（約 1/3 ） 淬入水中，而另一端在空氣中冷卻， 由于試樣從下端到上端冷卻速度逐漸減小，沿試樣軸向的組織由珠光體向馬氏體過(guò)渡， 當(dāng)試樣沿縱向磨區(qū) 2mm后制成金相試樣，在過(guò)渡區(qū)可清晰的 看到圍繞在馬氏體晶粒周圍的黑色屈氏體，黑色屈氏體網(wǎng)絡(luò)即為高溫下的奧氏體晶界。（3）、網(wǎng)狀滲碳體法：網(wǎng)狀滲碳體法適用于含碳量超過(guò)0.90%

8、的鋼種。試樣加熱到930 C保溫3小時(shí)后冷至600C（冷卻速度為80 100/h）,使其碳化沿奧氏體晶界析出，試樣經(jīng)制樣浸蝕后從而顯示 出高溫下的奧氏體晶界。（方法還有這里不多作介紹，以上方法只適合測(cè)定鋼的奧氏體的本質(zhì)晶粒度）。3、 化學(xué)試劑浸蝕法：（此法實(shí)用性較廣，對(duì)一些成品零件及失效零件都普遍適用） 試樣可經(jīng)淬火，獲得馬氏體或貝氏體，有的鋼經(jīng)一定溫度回火后，制成金相試樣，用特殊的浸蝕劑浸蝕，可直接顯示奧氏體晶粒。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是在加熱過(guò)程中，奧氏體晶粒不受外來(lái)因數(shù)的影響，能正確反映晶粒 大小，不改變?cè)袩崽幚砉に?。其缺點(diǎn)是針對(duì)不同的材料及回火工藝，要選擇不同的浸蝕劑、溫度及不同的浸蝕時(shí)間。

9、是近年采用的一種方法。直接浸蝕用浸蝕劑如下表 1 1序號(hào)浸 蝕劑成分浸蝕劑溫度及浸蝕時(shí)間1飽和苦味酸溶液（配制時(shí)應(yīng)煮沸充分溶解） 使用前加入：烷基苯磺酸鈉1%室溫（20C）、時(shí)間5 30分 鐘。50 70 C時(shí)，0.5 10 分鐘2飽和苦味酸溶液（配制時(shí)應(yīng)煮沸充分溶解）室溫（20C）、時(shí)間5 30分使用前加入：烷基苯磺酸鈉1%新潔爾滅0.05%鐘。50 70 C時(shí)，0.5 10 分鐘注；烷基苯磺酸鈉是洗滌劑原料，此成分可用洗滌劑代替。 新潔爾滅是醫(yī)用表面活性劑。上述兩者可抑制馬氏體的出現(xiàn)，促使奧氏體晶粒顯現(xiàn)。（二）、評(píng)定奧氏體晶粒大小的方法：評(píng)定奧氏體晶粒大小的方法有比較法與弦計(jì)法兩種。工廠再

10、大量檢驗(yàn)時(shí)都采用比較法， 只在要精確測(cè)定時(shí)，才采用弦計(jì)法。1比較法：比較法很簡(jiǎn)單方便，但精確度差。比較法是在放大 100倍的顯微鏡下觀察奧氏體晶粒，與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖相比較來(lái)確定其晶 粒大小，級(jí)別圖見(jiàn)圖 11圖1 1鋼的奧氏體晶粒級(jí)別圖（100倍）標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖中級(jí)別越大晶粒越細(xì)。如果由于晶粒過(guò)大或過(guò)細(xì)，需要選用比100倍大或小的倍數(shù)進(jìn)行觀察時(shí)，可按表 2換算成100倍的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別進(jìn)行記數(shù)。表2其它倍數(shù)換算為100倍的晶粒度表" -100 倍其它倍數(shù)、晶粒度級(jí)別-10123456789105012345678200123456783001234567400123456由于在顯微鏡下觀察到的奧氏體

11、晶粒的大小，實(shí)際為晶粒截面的大小，若在大晶粒中 出現(xiàn)極少量的小晶粒（面積10%）實(shí)際是大晶粒的角的截面，不能代表實(shí)際晶粒的大小可以不予考慮。但組織中大部分是小晶粒而混雜有少量大晶粒時(shí)，則屬于奧氏體不均勻， 這時(shí)應(yīng)估計(jì)出不同大小的晶粒在視場(chǎng)中各占的面積百分比，占優(yōu)勢(shì)晶粒的面積90%可記錄為此種晶粒級(jí)別。否則應(yīng)用不同的級(jí)別分別表示鋼的晶粒度。女口： 8級(jí)（75% ）;4級(jí)（25% ）。在鋼鐵材料中常見(jiàn)的晶粒度一般在1 8級(jí)的范圍，其中13級(jí)屬粗晶粒，46級(jí)屬中等晶粒，78級(jí)屬細(xì)晶粒。2、弦計(jì)法：當(dāng)晶粒為等軸晶粒時(shí)則用此法進(jìn)行計(jì)算，然后按表3換算成晶粒級(jí)別。測(cè)定時(shí)先在整個(gè)試樣上初步觀察，然后選擇具有

12、代表性的部位及適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)進(jìn)行測(cè)量。弦計(jì)法如圖1 2所示，此法可利用一般的小型顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，需要配備帶有刻度尺 的10倍目鏡。首先把顯微呈像及目鏡中的刻度尺調(diào)節(jié)清楚，在不同的視場(chǎng)位置上測(cè)量三次，測(cè)量出刻度尺三次所截過(guò)的晶粒個(gè)數(shù)Z1、Z2、Z3后，在根據(jù)下列公式計(jì)算出每個(gè)晶粒所占弦的平均長(zhǎng)度d。d=3*L/Z 1+Z2+Z3L代表目鏡中刻度尺的實(shí)際長(zhǎng)度（顯微鏡在不同的倍數(shù)下必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)量）。圖1 2 .弦計(jì)法示意圖除了用晶粒度與弦的平均長(zhǎng)度來(lái)表示晶粒大小之外，還有一些其它的表示方法。表3列出了晶粒度的其它表示方法。表3晶粒度級(jí)別與其它晶粒大小表示方法的比較晶粒級(jí)別放大100倍時(shí)，每6.45

13、平方毫米面積內(nèi)所含晶粒的數(shù)目實(shí)際每平方毫 米面積中平均 含有晶粒數(shù)平均每一個(gè) 晶粒所占面 積（平方毫 米）計(jì)算晶粒 的平均直 徑（平方 毫米）所占弦的平均長(zhǎng)度（毫米）最多最少平均30.090.050.06111.00000.088620.190.090.120.50.7070.62710.370.170.2540.250.5000.44400.750.370.580.1250.3530.31311.50.751160.06250.2500.222231.52320.03120.1770.1573634640.01560.1250.111412681280.00780.0880.078352412162560.003900.0620.055364824325120.001950.0440.0391796486410240.000980.0310.026781929612820480.000490.0220.0196938419225640960.0002440.01560.01381076838451281920.0001220.01100.00981115367681024162840.0000610