奥氏体晶粒的长大及其影响因素

7.2.3　奥氏体晶粒的长大及其影响因素

1．奥氏体晶粒度的概念

钢的奥氏体晶粒大小直接影响冷却所得组织和性能。奥氏体晶粒细时，冷却所得组织也细，则钢的强度、硬度高；塑性、韧性也好。

生产中一般采用标准晶粒度等级图，由比较的方法来测定钢的奥氏体晶粒大小。晶粒度通常分12级，l～4级为粗晶粒，5～8级为细晶粒，9~12级为超细晶粒。

根据奥氏体形成过程和晶粒长大的情况，奥氏体晶粒度可分为：起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。

起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥氏体晶粒度。一般情况是，奥氏体的起始晶粒比较细小，在继续加热或保温时，它就要长大。

实际晶粒度是指钢在具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒度。它的大小直接影响钢的性能。实际晶粒一般总比起始晶粒大，因为热处理生产中，通常都有一个升温和保温的阶段，就在这段时间内，晶粒有了不同程度的长大。

不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的奥氏体晶粒随着加热温度的升高会迅速长大，而有些钢的奥氏体晶粒则不容易长大。可将钢的奥氏体晶粒长大倾向分为两类：一类是本质粗晶粒钢，晶粒长大倾向大；另一类为本质细晶粒钢，晶粒长大倾向小。所以“本质晶粒”并不是指具体的晶粒，而是表示某种钢的奥氏体晶粒长大的倾向性。“本质晶粒度”也不是晶粒大小的实际度量，而是表示在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向性的高低。

但不能认为本质细晶粒钢在任何温度加热条件下晶粒都不粗化，因为工艺实验规定的温度是930℃，若热处理温度在950℃～1000℃以上，就完全有可能得到相反的结果，这时本质细晶粒钢的实际晶粒反而比本质粗晶粒钢要大，因为在950℃～1000℃以上本质细晶粒钢具有更大的长大倾向。

在工业生产中，一般经铝脱氧的钢大多是本质细晶粒钢，只用硅锰脱氧的钢为本质粗晶粒钢。沸腾钢一般都为本质粗晶粒钢，镇静钢一般为本质细晶粒钢。需经热处理的工件一般都采用本质细晶粒钢。

2．奥氏体晶粒的长大及其影响因素

奥氏体晶粒长大，伴随着晶界总面积的减少，从而使体系能量降低。所以在高温下，奥氏体晶粒长大是一个自发过程。

奥氏体化温度越高，晶粒长大越明显。随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒的长大倾向也增大。但若加热温度过高，则会发生过热或过烧等缺陷。过热是指由于温度过高，使奥氏体晶粒过分长大，冷却后组织粗大，力学性能变差。过烧是指由于加热温度太高，致使晶界发生氧化乃至熔化，使工件报废。另外，保温时间过长则导致氧化和脱碳等缺陷，而保温时间不足，工件不能热透或奥氏体成分不均匀，淬火后将出现软点甚至淬不硬。

当奥氏体晶界上存在未溶的残余渗碳体，奥氏体晶粒反而长得慢，故奥氏体实际晶粒较小。

钢中加入合金元素也影响奥氏体晶粒长大。一般大多数合金元素如钛、钒、钽、铌、锆、钨、钼、铬都会阻碍奥氏体晶粒长大，而锰、磷则有加速奥氏体晶粒长大的倾向。

由上述可知，为了控制奥氏体晶粒长大，可以采取合理选择加热温度和保温时间，合理选择钢的原始组织以及加入一定量的合金元素等措施。