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奥氏体晶粒大小及其影响因素

文章出处:青岛丰东热处理责任编辑:热处理设备小许查看手机网址
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人气:-发表时间:2017-07-01 09:00【

钢在加热后形成的奥氏体组织,特别是奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有着重要的影响。一般说来,奥氏体晶粒越细小,钢热处理后的强度越高,塑性越好,冲击韧度越高。但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长,将使钢的奥氏体晶粒长大,显著降低钢的冲击韧度,降低裂纹扩展功和提高脆性转变温度。此外,晶粒粗大的钢件,淬火变形和开裂倾向增大。尤其当晶粒大小不均时,还会显著降低钢的结构强度,引起应力集中,易于产生脆性断裂。因此,在热处理过程中应当十分注意防止奥氏体晶粒粗化。为了获得所期望的合适的奥氏体晶粒尺寸,必须弄清奥氏体晶粒度的概念,了解影响奥氏体晶粒大小的各种因素以及控制方法。

(1)奥氏体晶粒度的概念  奥氏体晶粒度是衡量奥氏体晶粒大小的尺度。奥氏体晶粒大小通常以单位面积内晶粒的数目或以每个晶粒的平均面积与平均直径来描述。这样可以建立实际晶粒大小的清晰概念。要测定这样的数据是很麻烦的,所以实际生产中通常使用晶粒度级别数G来表示金属材料的平均晶粒度( GB/T 6394-2002)。晶粒度级别数G常采用与标准系列评级图进行比较的方法确定。它与晶粒尺寸有如下关系:

N=2G-1

式中N-放大100倍时645.16mm² (1in²)面积内观察到的平均晶粒数。

晶粒度级别数G越大,单位面积内晶粒数越多,则晶粒尺寸越小。通常G<5级为粗晶粒,G≥5级为细晶粒(其中G≥9级为超细晶粒)。晶粒度级别也可以定为半级,例如2. 5级。

(2)影响奥氏体晶粒大小的因素  奥氏体晶粒长大基本上是一个奥氏体晶界迁移的过程,其实质是原子在晶界附近的扩散过程。所以一切影响原子扩散迁移的因素都会影响奥氏体晶粒的长大。

1)加热温度、保温时间和加热速度的影响。加热温度越高,保温时间越长,则奥氏体晶粒越粗大。

2)原始组织的影响。一般来说,钢的原始组织越细,碳化物弥散度越大,则奥氏体的起始晶粒越细小。和粗珠光体相比,细珠光体总是易于获得细小而均匀的奥氏体晶粒。在相同的加热条件下,与球状珠光体相比,片状珠光体在加热时奥氏体晶粒易于粗化,因为片状碳化物表面积大,溶解快,奥氏体形成速度也快,奥氏体形成后较早地进入晶粒长大阶段。对于原始组织为非平衡组织的钢,如果采用快速加热、短时保温的工艺方法,或者多次快速加热一冷却的方法,便可获得非常细小的实际奥氏体晶粒。

3)化学成分的影响。在一定的含碳量范围内,随着奥氏体中碳含量的增加,碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大,晶粒长大倾向增大。但当含碳量超过一定量以后,碳能以未溶碳化物的形式存在,奥氏体晶粒长大受到第二相的阻碍作用,反而使奥氏体晶粒长大倾向减小。

合金元素的影响如下:用铝脱氧或在钢中加入适量的Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素时,可以减小奥氏体晶粒长大倾向。而Mn、P、C、N等元素溶入奥氏体后削弱了铁原子结合力,加速铁原子的扩散,因而促进奥氏体晶粒的长大。

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