奥氏体晶粒长大及其控制课件.ppt
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- 奥氏体 晶粒 长大 及其 控制 课件
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1、9.1.4 9.1.4 奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大 及其控制及其控制 1奥氏体晶粒度 2奥氏体晶粒长大原理 3影响奥氏体晶粒长大的因素1 奥氏体化的目的是获得奥氏体化的目的是获得成分均匀成分均匀和和一定晶一定晶粒大小粒大小的奥氏体组织。多数情况下希望获得细的奥氏体组织。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小的奥氏体晶粒,有时也需要得到较大的奥氏体晶粒。体晶粒。因此,为获得所期望的奥氏体晶粒尺因此,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。制奥氏体晶粒度的方法。2Hall-Petch公
2、式奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响31 1奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度 可以用可以用奥氏体晶粒直径奥氏体晶粒直径或或单位面积中单位面积中奥氏体晶粒数目奥氏体晶粒数目来表示奥氏体晶粒大小。来表示奥氏体晶粒大小。为了方便起见,实际生产上习惯用为了方便起见,实际生产上习惯用奥氏体奥氏体晶粒度晶粒度来表示奥氏体晶粒大小。来表示奥氏体晶粒大小。4奥氏体晶粒度级别奥氏体晶粒度级别N与奥氏体晶粒大小的关系为与奥氏体晶粒大小的关系为12Nn 式中,式中,n n为放大为放大100100倍视野中每平方倍视野中每平方英寸英寸(6.45cm6.45cm2 2)所含的平均奥氏体晶粒数目。
3、所含的平均奥氏体晶粒数目。奥氏体晶粒愈细小,奥氏体晶粒愈细小,n n就愈大,就愈大,N N也就愈大。也就愈大。奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度级别级别N通常分为通常分为8级标准评定,级标准评定,l级级最粗,最粗,8级最细,超过级最细,超过8级以上者称为超细晶粒级以上者称为超细晶粒。5表表9.3 晶粒度级别对照表晶粒度级别对照表晶粒度级晶粒度级别别 N放大放大100倍时倍时每平方英寸每平方英寸面积内晶粒面积内晶粒数数n平均每个平均每个晶粒所占晶粒所占面积面积(mm2)晶粒平均晶粒平均直径直径d(mm)弦平均长弦平均长度度(mm)1234567891012481632641282565120.06250.
4、03120.01560.00780.00390.001950.000980.000490.0002440.0001220.2500.1770.1250.0880.0620.0440.0310.0220.01560.01100.2220.1570.1110.07830.05530.03910.02670.01960.01380.00986 起始晶粒度起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体珠光体刚刚转变成奥氏体 的晶粒大小。的晶粒大小。实际晶粒度实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体热处理后所获得的奥氏体 晶粒的大小。晶粒的大小。本质晶粒度本质晶粒度:度量钢本身晶粒在度量钢本身晶粒在930 以下以下,随温
5、度升高随温度升高,晶粒长晶粒长 大的程度。大的程度。奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度根据标准试验方法,在根据标准试验方法,在93010保温足够时间(保温足够时间(38小时)后测小时)后测得的奥氏体晶粒大小。此时,奥氏体晶粒度在得的奥氏体晶粒大小。此时,奥氏体晶粒度在58级者称为级者称为本质本质细晶粒钢细晶粒钢,而奥氏体晶粒度在,而奥氏体晶粒度在14级者称为级者称为本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢。7 本质晶粒度本质晶粒度只是表示钢在一定条件下奥氏体只是表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性,与晶粒长大的倾向性,与实际晶粒度实际晶粒度不尽相同。不尽相同。例如,对于本质细晶粒钢,当加热温度超过例如,对于本质细晶
6、粒钢,当加热温度超过9501000时也可能得到十分粗大的实际晶粒。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。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。得的实际晶粒往往是细小的。8 图图9.10 加热温度对奥氏体晶粒大小的影响加热温度对奥氏体晶粒大小的影响 9钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图10单位面积内的奥氏体晶粒数目单位面积内的奥氏体晶粒数目n与与I和和G之间的之间的关系可用下式表示:
7、关系可用下式表示:21)(GIKn 式中,式中,K为系数。可见,为系数。可见,IG值愈大,值愈大,n就愈大,就愈大,即奥氏体晶粒就愈细小。即奥氏体晶粒就愈细小。这说明增大形核率这说明增大形核率I或降低长大速度或降低长大速度G是获得细是获得细小奥氏体晶粒的重要途径。小奥氏体晶粒的重要途径。112 2奥氏体晶粒长大原理奥氏体晶粒长大原理 为了减少总的晶界面积,在一定温度条为了减少总的晶界面积,在一定温度条件下奥氏体晶粒会发生相互吞并而使晶粒长件下奥氏体晶粒会发生相互吞并而使晶粒长大的现象。所以,奥氏体晶粒长大在一定条大的现象。所以,奥氏体晶粒长大在一定条件下是一个自发过程。奥氏体晶粒是晶粒长件下是
8、一个自发过程。奥氏体晶粒是晶粒长大动力和晶界推移阻力相互作用的结果。大动力和晶界推移阻力相互作用的结果。12(1 1)晶粒长大动力)晶粒长大动力 奥氏体晶粒的长大动力是奥氏体晶粒大小的奥氏体晶粒的长大动力是奥氏体晶粒大小的不均不均匀性匀性。理想状态理想状态的晶界如图的晶界如图9.11所示。所示。晶粒呈六边晶粒呈六边形,晶界成直线,三条晶界相交于一点并且互成形,晶界成直线,三条晶界相交于一点并且互成120o角,在二维平面上每个晶粒均有六个邻接晶粒。处于角,在二维平面上每个晶粒均有六个邻接晶粒。处于这种状态下的奥氏体晶粒不易长大。这种状态下的奥氏体晶粒不易长大。13 实际上,奥氏体晶粒的大小是不均
9、匀的。因此,实际上,奥氏体晶粒的大小是不均匀的。因此,直径直径小于小于平均晶粒直径的晶粒,其邻接晶粒数可能平均晶粒直径的晶粒,其邻接晶粒数可能小于小于6;而直径;而直径大于大于平均晶粒直径的晶粒,其邻接平均晶粒直径的晶粒,其邻接晶粒数可能晶粒数可能大于大于6。为了保持界面张力平衡,相交于一点的三条晶为了保持界面张力平衡,相交于一点的三条晶界应互成界应互成120120o o角。角。14 因此,在一定温度条件下,由于界面张力平衡因此,在一定温度条件下,由于界面张力平衡作用,凡邻接晶粒数作用,凡邻接晶粒数小于小于6的晶粒的晶界将弯曲成的晶粒的晶界将弯曲成正正曲率弧曲率弧,使晶界面积增大,界面能升高。
10、而为了减,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)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,将导致该变成直线(平面)的自发趋势,因此,将导致该晶晶粒缩小粒缩小,直至消失;而邻接晶粒数,直至消失;而邻接晶粒数大于大于6的晶粒的晶的晶粒的晶界也因界面张力平衡而弯曲成界也因界面张力平衡而弯曲成负曲率弧负曲率弧,同样为了,同样为了减少界面面积,降低界面能,该晶粒将减少界面面积,降低界面能,该晶粒将长大长大,从而,从而吞并小晶粒。吞并小晶粒。15聚集再结晶聚集再结晶 进一步提高加热温度或延长保温时间,大晶进一步提高加热温度或延长
11、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。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这种长大过程称为奥氏体的聚集再结晶聚集再结晶。16RF2 奥氏体晶粒的长大驱动力奥氏体晶粒的长大驱动力F与晶粒大小和界面能与晶粒大小和界面能大小有关,可用下式表示大小有关,可用下式表示式中,式中,为单位面积晶界界面能(比界面能);为单位面积晶界界面能(比界面能);R为为晶界曲率半径,若晶粒为球形时晶界曲率半径,若晶粒为球形时R即为其半径。即为其半径。可见,可见,若比界面能愈大,晶粒尺寸愈小,
12、则奥若比界面能愈大,晶粒尺寸愈小,则奥氏体晶粒长大的驱动力氏体晶粒长大的驱动力F就愈大,即晶粒长大的倾向就愈大,即晶粒长大的倾向性就愈大,晶界愈容易迁移。性就愈大,晶界愈容易迁移。17(2 2)晶界推移阻力)晶界推移阻力 在实际材料中,在晶界或在实际材料中,在晶界或晶内往往存在很多细小难溶的晶内往往存在很多细小难溶的第二相沉淀析出粒子。推移中第二相沉淀析出粒子。推移中的的晶界遇到第二相粒子时将发晶界遇到第二相粒子时将发生弯曲(生弯曲(与第二相界面保持垂与第二相界面保持垂直直,界面力平衡界面力平衡),导致晶界),导致晶界面积增大,界面能升高,因此面积增大,界面能升高,因此这些这些第二相粒子将阻碍
13、晶界迁第二相粒子将阻碍晶界迁移移,起着钉扎晶界的作用。如,起着钉扎晶界的作用。如图图9.12所示。所示。图图9.12 晶界移动时与第二相粒子的交互作用示意图晶界移动时与第二相粒子的交互作用示意图18 在第二相粒子附近的晶界发生弯曲,导致晶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界面积增大,界面能升高。弥散析出的第二相粒子子愈细小愈细小,粒子附近晶界的,粒子附近晶界的弯曲曲率就愈大弯曲曲率就愈大,晶,晶界面积的增大就愈多,因此界面积的增大就愈多,因此界面能的增大界面能的增大也就愈也就愈多。这个使系统自由能增加的过程是不可能自发多。这个使系统自由能增加的过程
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