第三讲 奥氏体晶粒长大及其控制
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阻止奥氏体晶粒长大的元素奥氏体(austenite)晶粒长大是金属材料中一个重要的结构性能问题,对材料的性能及其使用寿命有着重要影响。
奥氏体晶粒长大应该被历史悠久的科学工程师们关注,他们认为它是一个令人困惑的现象,这种现象可能会限制材料的机械性能,并影响材料的结构稳定性。
因此,有必要一探究竟,研究出阻止奥氏体晶粒长大的元素。
奥氏体晶粒的长大主要是由材料的温度和环境中的原子组成引起的,这就形成了由温度和原子元素组成的温度-元素空间,通过这个空间,我们可以探索出通过控制材料温度和环境中的特定元素组合,可以有效阻止奥氏体晶粒的长大。
首先,可以通过控制材料的温度和气压来阻止奥氏体晶粒的长大。
温度越高,材料的晶粒就越容易放大,因此需要降低材料的温度,以防止晶粒的长大。
此外,气压的影响也不容忽视。
当材料的温度高于饱和点时,气压的降低将阻碍晶粒的生长。
其次,材料本身含有的元素成分也会影响奥氏体晶粒的生长。
含有高含量碳或其他合金元素的金属材料,其奥氏体晶粒的长大会比纯金属材料慢。
相反,有些元素,比如锰,镍,铬等,可以使金属材料的晶粒长大加快。
最后,环境中的原子组成也会影响金属材料中奥氏体晶粒长大的速度。
环境中的气体组成,比如氧气,氮气等,都可以抑制金属材料中奥氏体晶粒长大。
同时,环境中的水份也会影响金属材料中奥氏体晶粒的生长,如果水份太多,则会加速金属材料中奥氏体晶粒的生长。
总之,阻止奥氏体晶粒长大的元素有很多,这些元素可以通过控制材料的温度和气压,以及材料本身的元素组成及环境中的原子组成来实现。
对于不同的应用场景,可以采用不同的方法来控制奥氏体晶粒的生长,以达到预期效果。
进一步说,选择正确的元素组合可以抑制金属材料中奥氏体晶粒的生长,从而提高材料的性能及其使用寿命。
奥氏体品粒(austenite grain)钢在奥氐体化时所得到的品粒。
此时的晶粒尺寸称为奥氏体品粒度。
分类奥氏体品粒有起始品粒、实际晶粒和本质品粒3种不同的概念。
(1)起始晶粒。
指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的品粒,此时的晶粒尺寸称为奥氏体起始晶粒度。
(2)实际品粒。
指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体品粒,其尺寸大小即为奥氏体实际品粒度。
⑶本质品粒。
指各种钢加热时奥氏体品粒长大的倾向,晶粒容易长大的称本质粗品粒,晶粒不易长大的称本质细品粒。
通常在实际金属热处理条件下所得到的奥氏体品粒大小,即为该条件下的实际品粒度,而一系列实际品粒度的测得即表示出该钢材的本质品粒度。
据中国原冶金工业部标准YB27—77规定,测定奥氏体本质品粒度是将钢加热到930°C,保温3〜8h后进行。
因此温度略高于一般热处理加热温度,而相当于钢的渗碳温度,经此正常处理后,奥氏体品粒不过分长大者,即称此钢为本质细品粒钢。
显示方法绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才是稳定的。
因此欲测定奥氏体品粒就得设法将高温状态奥氏体轮廓的痕迹在室温下显示出来,常用的显示奥氏体晶粒的方法可归纳为渗入外来元素法、化学试剂腐蚀法和控制冷却速度法3种。
(1)渗入外来元素法。
如渗碳法和氧化法,是利用奥氏体品界优先形成渗碳体和氧化亚铁等组成物,形成网络显示出奥氏体轮廓。
渗碳法一般适用于不高于0.3%c的渗碳钢和含不高于0.6%c而含碳化物元素较多的其他类型钢。
氧化法却适用于任何结构钢和工具钢。
(2)化学试剂腐蚀法。
钢材经不同温度的淬火一回火处理后,磨光并用饱和苦味酸水溶液和新洁尔灭几滴浸蚀能抑制马氏体组织,促使奥氏体品界的显示。
或者直接用盐酸1〜5mL、苦味酸(饱和的)和乙醇浸蚀,使马氏体直接显示出来,利用马氏体深浅不同和颜色的差异而显示出奥氏体的晶粒大小,此法适用于合金化程度高的能直接淬硬的钢。
(3)控制冷却速度法。
低碳钢、亚共析钢、共析钢、过共析钢可控制冷却速度使钢的奥氏体周围先共析析出网状铁素体、网状渗碳体,或使屈氏体沿晶界少量析出以显示出奥氏体品粒。