平均晶粒度概念(共5頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上平均晶粒度概念表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。 晶粒度可用晶粒的平均面積或平均直徑表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標準晶粒度共分8級，1-4級為粗晶粒，5-8級為細晶粒。 一般晶粒度越大，也就是越細越好 鋼的晶粒度按其奧氏體化條件與長大傾向刁 又分成起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度三 起始晶粒度指鋼在臨界溫度以上加熱，奧 化過程中最初形成的奧氏體晶粒的晶粒度，即奧 轉變剛剛完成，其晶粒邊界開始接觸時的晶粒大，J 稱初生晶粒度。 實際晶粒度指某一實際條件下所得到的實 粒大小。 本質晶粒度只代表在某一條件下，奧氏體 的長大傾向。一、晶粒大小與力學性能

2、的關系： 晶粒大小對材料的性能影響很大，實踐證明，材料的屈服強度s與晶粒直徑d符合Hall-Petch公式： s =0 + K d1/2 式中，0和K是兩個與材料有關的常數(shù)。 可見，晶粒越細小，材料的強度越高。不僅如此，晶粒細小還可以提高材料的塑性和韌性。 奧氏體的晶粒大小對鋼隨后的冷卻轉變及轉變產(chǎn)物的組織和性能都有重要影響。通常，粗大的奧氏體晶粒冷卻后得到粗大的組織，其力學性能指標較低。需要了解奧氏體晶粒度的概念以及影響奧氏體晶粒度的因素。 二、奧氏體晶粒度的概念： 奧氏體晶粒大小是用晶粒度來度量的?？捎镁ЯＶ睆?、單位面積中的晶粒數(shù)等方法來表示晶粒大小。晶粒度的評定一般采用比較法，即金相試樣

3、在放大100倍的顯微鏡下，與標準的圖譜相比。YB27-77將鋼的奧氏體晶粒度分為8級，1級最粗，8級最細(見P208圖）。0級以下為超粗晶粒，8級以上超細晶粒。 奧氏體晶粒度級別（N）： 生產(chǎn)上用晶粒度N表示晶粒大小，晶粒度級別與晶粒的大小有如下關系： n = 2N-1 式中n表示放大100倍時，1平方英寸（645.162）上的晶粒數(shù)。n越大，N越大，晶粒越細。 n0= 2N+3 式中n0表示放大1倍時，1平方毫米上的晶粒數(shù)。   幾個概念：起始晶粒度、本質晶粒度、實際晶粒度 1、起始晶粒度:奧氏體轉變剛剛完成，即奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的奧氏體晶粒大小稱為起始晶粒度。

4、 通常情況下，起始晶粒度總是比較細小、均勻的。起始晶粒大小取決于形核率和長大速度。加熱轉變終了時所得A晶粒度稱為起始晶粒度。 n0 = 1.01（I/V）1/2式中：I-形核率，V-長大速度。 2、本質晶粒度:根據(jù)YB27-64試驗方法，即在930±10，保溫38h后測定的奧氏體晶粒大小稱為本質晶粒度。如晶粒度為14級，稱為本質粗晶粒鋼，晶粒度為58級，則為本質細晶粒鋼。 本質晶粒度表示在規(guī)定的加熱條件下，奧氏體晶粒長大的傾向性大小。而不能認為本質細晶粒鋼在任何加熱條件下晶粒都不粗化(圖2-31)。鋼的本質晶粒度與鋼的成分和冶煉時的脫氧方法有關。一般用Al脫氧或者含有Ti、Zr、V、

5、Nb、Mo、W等元素的鋼都是本質細晶粒鋼，因為這些元素能夠形成難熔于奧氏體的細小碳化物或氮化物質點，阻止奧氏體晶粒長大。只用硅、錳脫氧的鋼或者沸騰鋼一般為本質粗晶粒鋼。 3、實際晶粒度:鋼在某一具體的加熱條件下實際獲得的奧氏體晶粒的大小稱為實際晶粒度。 實際晶粒度取決于本質晶粒度和實際熱處理條件。實際晶粒一般總比起始晶粒大。冷卻開始時A晶粒度稱為實際晶粒度。 三、A晶粒長大現(xiàn)象（機制）： 、A晶粒長大現(xiàn)象： 圖2-31奧氏體晶粒直徑與加熱溫度的關系在加熱轉變中，保溫時間一定時，隨保溫溫度升高，A晶粒不斷長大，稱為正常長大。如圖2-31中曲線1。 在加熱轉變中，保溫時間一定時，隨保溫溫度升高，A

6、晶粒長大并不明顯，必須當溫度超過某一定值后，晶粒才隨溫度升高而急劇長大，稱為異常長大，該值稱為A晶粒粗化溫度。如圖中曲線2。2、長大驅動力 ： A晶粒的長大是通過晶界的遷移而實行的，晶界遷移的驅動力來自界面自由能的降低。對于球面晶界，當其曲率半徑為R，界面能為，指向曲率中心的驅動力P為： P = 2/R （2-6） 可見：R，P；R = ，P = 0。也即晶粒半徑越小，長大驅動力越大. 當半徑無窮大或為平直界面時，驅動力為零。此時A晶界已平直化。 3、正常長大 ： 晶界在驅動力P推動下勻速前進，由經(jīng)典力學可導出： DA2 = K exp(-Q/KT) （210） 其中，DA 為長大中A晶粒平均

7、直徑，K為常數(shù)，為時間，Q為Fe的自擴散激活能。 可見在一定溫度T，隨時間，DA。 4、異常長大： (1) 、第二相小顆粒的晶界釘扎作用 用Al脫氧或含Nb，Ti，V的鋼，在晶界上會存在這些元素的碳氮化合物粒子，一個粒子可使A晶界面積減少pr2(r為小粒子半徑)。當晶界在驅動力作用下移動時，將使A晶界與這些粒子脫離從而使A晶界面積增大，界面能增高。所以粒子對晶界就有了釘扎作用，一個粒子對晶界移動提供的最大阻力為： Fmax = pr， （2-11） 其中，為單位面積界面能。 設單位體積中粒子的體積分數(shù)為f，則作用于單位面積晶界上的最大阻力Fmax為： Fmax= 3f/2r （2-12） 由上

8、式可見：當粒子半徑r愈小，體積分數(shù)f愈大，對晶界移動的阻力就愈大。因此，為抑制A晶粒的長大，可以采取以下兩種措施：（1）增加碳(氮)化合物粒子的體積分數(shù)f；（2）細化碳(氮)化合物粒子。但碳(氮)化合物粒子的體積分數(shù)f增加，鋼的脆性增加，故不能過大。最好的辦法是采用細化碳(氮)化合物粒子。(2)、異常長大的原因： 由于溫度T升高，第二相顆粒(碳氮化合物)的溶解，使阻力F =0，而此時驅動力P卻很大，故晶粒急劇長大。 四、影響A晶粒長大的因素（奧氏體晶粒度及其影響因素）： A晶粒是通過晶界的遷移而長大的，其實質是原子在晶界附近的擴散過程，長大的驅動力為界面能，晶粒長大使界面積減小，系統(tǒng)能量降低，

9、因此晶粒長大是一個自發(fā)過程。凡影響原子擴散的因素都影響A晶粒長大。主要在于以下幾方面：1、加熱溫度和保溫時間； 2、加熱速度； 3、鋼的化學成分碳和合金元素及含量； 4、脫氧劑； 5、原始組織。 影響晶粒長大的因素： 1、加熱溫度和保溫時間 溫度的影響最顯著，溫度越高，晶粒長大速度越快（如圖2-31），奧氏體最終晶粒尺寸大。 在一定溫度下，隨保溫時間延長，奧氏體晶粒長大。在每一個溫度下，都有一個加速長大期，達到一定尺寸，長大過程將減弱并停止。 D = ktn 式中D為長大中A晶粒平均直徑，t為時間，k、n與材料有關的常數(shù)。 為獲得一定尺寸的晶粒，必須同時控制加熱溫度和保溫時間。 2、加熱速度：

10、 加熱速度對晶粒大小的影響(如圖2-)。加熱速度快，A起始晶粒越細。實際生產(chǎn)中經(jīng)常采用快速加熱，短時保溫的辦法來獲得細小晶粒。因為加熱速度越大，奧氏體轉變時的過熱度越大，奧氏體的形核率越高，起始晶粒越細，加之在高溫下保溫時間短，奧氏體晶粒來不及長大。   圖2- 加熱速度與A晶粒大小關系示意圖 3、鋼的化學成分：（1）、含碳量： 鋼中隨著含碳量的增加，奧氏體晶粒長大傾向增大，但是，當含碳量超過某一限度時，奧氏體晶粒長大傾向又減小。這是因為隨著含碳量的增加，碳在鋼中的擴散速度以及鐵的自擴散速度均增加，故加大了奧氏體晶粒的長大傾向。但碳含量超過一定限度后，鋼中出現(xiàn)二次滲碳體，對奧氏體晶界

11、的移動有阻礙作用，故奧氏體晶粒反而細小。 （2）、脫氧劑： 用Al脫氧能形成難熔的AlN質點在晶界上析出，阻礙奧氏體晶粒長大。而Si、Mn脫氧不能形成難熔的質點，晶粒容易長大。 （3）、合金元素： 凡未溶的碳化物等第二相質點均阻礙奧氏體晶粒長大。 若鋼中加入適量能形成難熔強碳化物形成合金元素Ti、V、Zr、Nb等，由于能形成高熔點高穩(wěn)定性的碳化物，因而這些元素有強烈阻礙奧氏體晶粒長大的作用，在合金鋼中起細化晶粒的作用。 碳化物形成合金元素W、Mo、Cr等也能阻礙奧氏體晶粒長大，但效果不如Ti、V、Zr、Nb等。 非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻礙奧氏體晶粒長大的作用很小。 促使奧氏體晶粒長大的元素有C、N、P、O、Mn等 4、原始組織：主要影響A的起始晶粒。原始組織越細，起始晶粒越細小。 五、奧氏體晶粒大小的控制： 從以上分析看：凡提高擴散的因素，如溫度、時間，均能加快A長大。第二相顆粒體積分數(shù)f 增大，線度r減小，均能阻止A長大。提高起始晶粒度的均勻性與促使晶界平直化均能降低驅動力，減弱A長大。 1、凡提高Dfe的因素均加快奧氏體晶粒