奥氏体本质晶粒度与金相组织的关系

奥氏体晶粒(austenite grain)

钢在奥氏体化时所得到的晶粒。此时的晶粒尺寸称为奥氏体晶粒度。

分类

奥氏体晶粒有起始晶粒、实际晶粒和本质晶粒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晶粒，此时的晶粒尺寸称为奥氏体起始晶粒度。

(2)实际晶粒。指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其尺寸大小即为奥氏体实际晶粒度。

(3)本质晶粒。指各种钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向，晶粒容易长大的称本质粗晶粒，晶粒不易长大的称本质细晶粒。通常在实际金属热处理条件下所得到的奥氏体晶粒大小，即为该条件下的实际晶粒度，而一系列实际晶粒度的测得即表示出该钢材的本质晶粒度。据中国原冶金工业部标准YB27-77规定，测定奥氏体本质晶粒度是将钢加热到930℃，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，奥氏体晶粒不过分长大者，即称此钢为本质细晶粒钢。

显示方法

绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才是稳定的。因此欲测定奥氏体晶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，是利用奥氏体晶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，促使奥氏体晶界的显示。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晶粒。

奥氏体晶粒度等级

奥氏体晶粒度等级是用来描述钢铁材料组织中奥氏体晶粒尺寸大小的一个标准。在钢铁冶金学中，奥氏体是一种具有良好塑性和韧性的组织形态，其晶粒度对于钢铁材料的性能具有重要影响。根据晶粒度的大小，可以将奥氏体晶粒度分为不同的等级，通常包括以下几个级别：

1. 细晶粒：指奥氏体晶粒非常小的情况。细晶粒的钢材具有良好的塑性和韧性，能够在受力的情况下承受更大的应变而不发生破裂。细晶粒的钢材还具有较高的强度和硬度，适用于一些需要高强度和抗疲劳性能的领域，如航空航天和汽车制造等。

2. 中晶粒：指奥氏体晶粒的尺寸在中等范围内。中晶粒的钢材具有一定的塑性和韧性，相对于细晶粒来说，强度和硬度会略有降低，但仍然可以满足一般的使用要求。中晶粒的钢材广泛应用于建筑、机械制造和结构工程等领域。

3. 粗晶粒：指奥氏体晶粒尺寸较大的情况。粗晶粒的钢材塑性和韧性较低，起始塑性应变和断裂应变较小，因此更容易发生塑性变形和破裂。粗晶粒的钢材在力学性能方面相对较差，但有时也因为其结构疏松、破裂数较高而具有一定特殊的应用价值。

在实际生产中，通过合理的热处理工艺可以控制钢材的奥氏体晶粒度，从而达到不同等级的要求。常用的控制手段包括正火、淬火、回火和热变形等方法。此外，合金元素的含量和添加也对奥氏体晶粒度有一定影响，例如含有钛、铌等元素的钢材往往具有较细的奥氏体晶粒。

综上所述，奥氏体晶粒度等级对于钢铁材料的性能和适用范围具有重要意义。根据晶粒尺寸的不同，钢材可以分为细晶粒、中晶粒和粗晶粒等等级，各等级钢材在力学性能和工程应用上均有所差异。通过控制热处理工艺和合金添加等方式，可以有效地调整钢材的晶粒度，满足不同工程领域对力学性能和使用要求的需求。

有关国家标准规定，把钢加热到930℃±10℃，保温8h后的奥氏体晶粒度即为本质晶粒度。本质晶粒度为1～4级的钢被认为晶粒长大倾向大，称为本质粗晶粒钢；本质晶粒度为5～8级的钢被认为晶粒长大倾向小，称为本质细晶粒钢。

奥氏体化温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显。随着奥氏体中含碳量的增加，奥氏体晶粒长大倾向增大。本质晶粒度只表示钢在一定温度范围内晶粒长大的倾向性。当加热温度超过一定范围时，本质细晶粒钢的奥氏体晶粒也可能迅速长大，甚至超过本质粗晶粒钢。

一般用铝脱氧的钢多为本质细晶粒钢，而只用锰硅脱氧的钢为本质粗晶粒钢。沸腾钢一般为本质粗晶粒钢，而镇静钢一般为本质细晶粒钢。需经热处理的零件一般都采用本质细晶粒钢制造。

钢的晶粒度有以下几种：

（1）本质晶粒度 指钢加热到930±10℃奥氏体化并保温充分长的时间后所获得的奥氏体晶粒度。本质晶粒度表示钢的奥氏体晶粒在规定温度下的长大倾向，是制定钢的热处理规范的重要参考数据。

（2）实际晶粒度 指钢件在最后一次热处理（退火、正火、淬火）过程中，加热奥氏体化并保温后所实际得到的晶粒度；如为热轧（锻）材时，则指热轧终了时，其中奥氏体的晶粒度。实际晶粒度对钢的性能有密切的影响。

（3）起始晶粒度 是钢加热奥氏体化过程中，最初形成奥氏体晶粒的晶粒度。

实验一 钢中奥氏体晶粒的显示和晶粒度测定

一、实验目的及意义

1、了解加热温度对钢的奥氏体晶粒大小的影响；

2、了解并掌握钢中奥氏体晶粒度的测定方法，凭借金相显微镜的实际观察与标准晶粒度级别图进行评定。

二、概述

钢的热处理包括加热、保温和冷却。其中加热和保温是为了使钢的组织转变为奥氏体。奥氏体的晶粒大小对钢冷却后的性能有很大的影响。因此，确定合适的钢的加热工艺，严格控制奥氏体晶粒大小对钢的质量有着积极的作用。

奥氏体晶粒度有三种概念：起始晶粒度，本质晶粒度，实际晶粒度。起始晶粒度指奥氏体形成过程结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小；本质晶粒度指奥氏体晶粒长大的倾向；实际晶粒度指实际加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小，它直接影响钢在热处理以后的性能。

三、奥氏体晶粒的显示方法与奥氏体晶粒度的测定

1、奥氏体晶粒的显示

测定奥氏体实际晶粒度的方法，就是将钢加热到一定温度，保持一定的时间后，用各种方法保持奥氏体晶粒间界，并在室温下显示出来。

常用的显示奥氏体晶粒的方法有：

1）渗碳法：低碳钢。加热到930℃，渗碳8h，使渗碳层达到1mm以上，渗碳层含碳达过共析钢成分，然后缓慢冷却，在过共析区渗碳体沿奥氏体晶界析出形成网状，以此显示奥氏体晶粒大小。

2）网状铁素体法：亚共析钢。加热到指定温度，保温，选择适当的冷却方法，当冷却经过临界温度Ar3-Ar1时，先共析铁素体首先沿奥氏体晶界析出，形成网状分布，就借铁素体网所分割的范围大小来确定奥氏体晶粒大小。

3）网状珠光体法：适用于淬透性不大的碳钢和低合金钢。加热到指定温度，保温，一端淬入水中冷却，另一端空冷，在过渡带可看到屈氏体沿原奥氏体晶界析出，侵蚀后，屈氏体黑色网状，包围着马氏体组织，借此可显示奥氏体晶粒大小。

4）加热缓冷法：过共析钢。加热到指定温度，保温，冷却到600-690℃，使碳化物沿奥氏体晶界析出。（本室常用） 5）氧化法。用于任何钢的奥氏体晶粒的测定。试验时先将试样磨光，抛光，然后在空气介质炉中加热保温，出炉淬入水中。由于晶界化学活性大，加热保温时形成较深的氧化层。用细砂纸磨去表面的氧化膜，而保留晶粒边界的氧化膜，借此可显示体晶粒大小。