奥氏体晶粒的长大及其影响因素

奥氏体晶粒大小对后续的冷却转变以及转变产物的性能有重要的影响。

（一）奥氏体晶粒度

奥氏体晶粒度是指将钢加热到临界点（Ac3、Ac1或Acm）以上的某一温度，并保温规定的时间所得到奥氏体晶粒的大小。

钢的奥氏体晶粒大小直接影响冷却后组织和性能。奥氏体晶粒均匀而细小，冷却后奥氏体转变产物也均匀细小，其强度、塑性、韧性都较高，尤其对钢淬火、回火的韧性具有很大的影响，因此加热时总是力求获得均匀细小的奥氏体晶粒。

生产中一般采用与标准晶粒度等级比较法来测定奥氏体晶粒度大小，如图5-4所示。晶粒度通常分为8级，1～4级为粗晶粒度；5～8级为细晶粒度；超过8级为超细晶粒度。

图5-4　标准晶粒度等级

根据奥氏体的形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度可分为以下三种：

1.起始晶粒度

起始晶粒度是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。通常情况下，起始晶粒度总是比较细小均匀的。

2.实际晶粒度

实际晶粒度是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。

3.本质晶粒度(www.zuozong.com)

本质晶粒度根据国家标准，在（930±10）℃保温3～8 h，冷却后，测得的奥氏体晶粒的大小称为本质晶粒度。它表示钢在上述规定加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向，但不表示晶粒的大小。生产中发现，不同牌号的钢，其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升高会迅速长大；而有些钢的奥氏体晶粒则不容易长大，只有加热到更高温度时才开始迅速长大，一般称前者为“本质粗晶粒钢”，后者为“本质细晶粒钢”（如图5-5所示）。

图5-5　钢的奥氏体晶粒长大倾向图

钢的本质晶粒度在热处理生产中具有重要意义。在设计时，凡需热处理或经焊接的零件一般尽量选用本质细晶粒钢，以减小过热倾向。

（二）影响奥氏体晶粒度的因素

1.加热温度和保温时间

奥氏体刚形成时晶粒很小，随着加热温度升高晶粒将逐渐长大。奥氏体晶粒长大伴随着晶界面积的减小，导致体系能量下降。所以在高温下，奥氏体晶粒长大是一个自发过程，温度越高，晶粒长大越明显。在一定温度下保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。

2.加热速度

当加热温度确定后，加热速度越快，奥氏体晶粒越细小，因此，快速高温加热和短时间保温，是生产中常用的一种细化晶粒的方法。

3.钢中的成分

奥氏体中含碳量增高时，晶粒长大倾向增大。碳以未溶碳化物的形式存在，起了阻碍晶粒长大的作用。钢中的大多数合金元素（除Mn以外）都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。其中能形成稳定的碳化物（如Cr、W、Mo、Ti、Nb等）和能生成氧化物、氮化物、有阻碍晶粒大小作用的元素（如适量的Al），其碳化物、氧化物、氮化物在晶界上的弥散分布，强烈阻碍了奥氏体晶粒长大，使晶粒保持细小。

因此，为了控制奥氏体的晶粒度，一般都会采取合理选择加热温度和保温时间，以及加入一定的合金元素等措施。