细化奥氏体晶粒的原理？？

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在论坛看了很多关于细化晶粒的帖子，可为什么在室温组织粗大加热时能细化其原来粗大的晶粒，而高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化其原奥氏体晶粒？？  其机理是什么 ？？？求助各位师傅

michealyong

回复 7# ZX771


    “高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化其原奥氏体晶粒” 这句话我也觉得是错的，一个奥氏体晶粒冷却形成珠光体过程中，被几个珠光体团给分割了从而细化了晶粒，不知道这位师傅是不是也是这么理解的？

ZX771

以上讨论煞是热烈，引经据典连篇累牍目不暇接。生出许多枝节，一些变得有点陌生的名词又被重新拾起。在此搞纯理论研究的朋友少做工艺的多，觉得站在工艺层面讨论比较容易理解问题。我们平常接触的金相试样观察：珠光体、铁素体、贝氏体、马氏体等等无一不是以晶粒形式存在，都是有着晶粒边界的。其中贝氏体、马氏体晶粒大小是直接从奥氏体晶格以无扩散形式切变而来，此时马氏体晶粒大小就是本次奥氏体化时刻晶粒大小，如果原奥氏体发生形核长大得到珠光体与铁素体，那么原奥氏体晶粒不复存在，被新晶粒界线重划分了。此时珠光体与铁素体都有着各自晶粒边界，晶粒大小可以用晶粒度衡量的（事实上大家都在这么做），如果这时实施加热奥氏体化评定奥氏体晶粒度，所得到的不是原来的奥氏体晶粒，而是现存组织正常情况所能得到的奥氏体晶粒大小。
    奥氏体经适当冷却速度可以改变原晶粒大小，正火作用最好，退火次之，淬火不能改变。作为热处理工作者成天在“四把火”里钻居然不知道自己所做目的是什么，想来颇感遗憾。

ZX771

回复 16# dush10321

奥氏体晶粒可以变粗大，更有办法变细小不是一成不变的死东西。

aaron01

常规的正火和退火工艺，主要是通过二次奥氏体化来达到晶粒细化的目的，由于锻造或者热轧的工作温度较高，冷却后得到的晶粒也较大，对机械性能不利，因此需要进行较低温度（相对于前道而言）的重新奥氏体化过程，也就是说细化晶粒主要是通过重新奥氏体化（包括晶粒形核、长大过程）实现的，并不是靠的冷却过程，冷却快慢只影响珠光体片层间距，并不影响实际晶粒度。
另外，如果没有达到奥氏体温度（比如回火），也谈不上细化晶粒。

111444777

回复 2# aaron01


    你好，其实很多帖子说到细化晶粒就是重新形核、长大 但在冷却相变时同样是形核长大的 可这细化奥氏体的机理是什么 为什么室温晶粒粗大在发生相变时不得到室温粗大的组织呢，？ 而高温晶粒粗大 冷却就得到粗大的晶粒

aaron01

我们谈晶粒度为什么谈得是奥氏体晶粒度呢？因为不管是淬火还是退火，其最终晶粒大小都是由奥氏体晶粒大小决定的，比如初生马氏体针的长度贯穿整个奥氏体晶粒，但不会超出晶界，退火也一样，珠光体片层组织不会超出原晶界，因而我们用奥氏体晶粒度来评判组织粗细。而奥氏体加热过程是可以改变材料的奥氏体晶粒度的，不同加热速度，不同温度保温，不同保温时间可以得到不同的晶粒度等级。
晶粒长大在奥氏体温度区是个不可逆过程，一旦奥氏体长大后，在奥氏体温度区内你无法把晶粒变小，这是与晶界移动相关的，温度升高，晶界移动发生晶粒吞并现象，发生这样的变化后，即时温度再下降，晶界也不会再移回来，已经吞并的晶粒无法再分解，此时奥氏体晶粒度会稳定下来，稳定在高温状态下的晶粒度。只有重新奥氏体化，在初形核时都是形成非常多的小晶粒，数量远大于最终晶粒数量，尺寸也远小，随着温度继续升高数量减少尺寸变大，温度低或者时间短，小晶粒相互吞并长大程度不严重，才能得到较细晶粒。
淬火或正火冷却时，同样无法改变原来晶界的位置，无法让晶界移动，所有组织转变都是在晶粒内发生，其大小都是受到晶界所限制的。
可以把晶界理解成一道能量壁垒，加热时提供额外的能量才能让它移动，冷却时没有额外能量提供，它无法移动，因而冷却不改变晶粒大小。

chenlei0228

回复 2# aaron01


    如果冷却速度不是细化晶粒的主导作用，那么现在一味追求冷却速度，是不是对晶粒影响不大呢？

aaron01

我的观点是这样的，奥氏体化的过程（加热速度、温度、时间）对最终晶粒大小起决定性作用。
如果冷速快可以得到细晶的话，那么怎么理解淬火工艺呢？冷速够快了吧？可相比慢冷的退火和正火工艺而言，并不会使晶粒变得更细。有一种测量奥氏体晶粒度的方法就是测量淬火后马氏体针长度，因为无法在常温下测量奥氏体晶粒大小，所以用这种方法，还有一种检测方法是慢冷后让晶界析出网状铁素体，显示出晶粒大小，两种方法都是国际认可的检测方法，这说明什么？由此可见，冷速快慢并没有改变奥氏体晶粒大小。
原因在于不管是在AC1以上的奥氏体区，还是在Ar1以下的过冷奥氏体区，冷却都无法使晶界移动，无法改变奥氏体晶粒大小。

ZX771

回复 5# chenlei0228

      你的问题提得很好，我认为加热和冷却都存在改变和细化奥氏体晶粒机会。换句话说在扩散形相变的场合下，只要存在新相形核生长就能改变原来的奥氏体晶粒大小。比如以高频淬火为代表的快速加热就能够促进奥氏体多形核，掌握得当新转变奥氏体相晶粒细化，在此基础淬火切变得到马氏体组织就细致。同理正火工艺就是通过控制奥氏体冷却转变时的过冷度，获得更多新晶核依靠增加单位体积内晶粒数目成功细化晶粒的，这就是为什么以正火作为预备热处理的目的。这一轮细化了晶粒为最终热处理淬火打下良好基础，新一轮奥氏体化是在经过细化了的组织基础上发生的，比前面的奥氏体晶粒更细了此时发生马氏体切变得到组织就会细化。
  “高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化其原奥氏体晶粒”论调在论坛多次被质疑，这种错误观点必须彻底纠正否则误人不浅！

aaron01

呵呵，很有意思的争论，我发现我们俩个在这个问题上在一个基本着眼点上存在分歧，就是怎么看待珠光体这个问题，珠光体是否能算是一个晶粒，还是单单认为是一种机械混合物团，而讨论扩散相变，晶粒到底是指的是什么，在这点上，我们的立场不一致啊。
设想是您所说的扩散相变，在一个原奥氏体晶粒内形成几个新的珠光体团，显微镜下看分别具有不同位相，可我不认为能把同一位相的珠光体认为是一个晶粒，最多算是在一个晶粒内形成了几个亚晶而已，我所指的晶粒大小还是指的原来的奥氏体晶粒大小，从这一角度来说，不管是扩散形的珠光体相变还是非扩散型的马氏体相变都无法改变这个晶粒的大小，所以在晶粒度测量标准E112里规定直接淬火法和慢冷形成网状铁素体晶界这两种方法都可以用来测量晶粒度，也没有规定慢冷冷速应该是多少。因此我认为，冷速影响珠光体组织粗细，但不会影响奥氏体晶粒度。
如果认为珠光体也是一种晶粒的话，您是对的，因为冷速会影响珠光体形核率。

ZX771

回复 8# aaron01
    依照你的观点奥氏体晶粒大小用冷却方法无从改变，作为预备热处理主要方法——正火，看来是徒劳无益了？这是站在工艺层面提出的问题，希望得到合理解答。站在金属学原理基础理论位置上，提到珠光体转变应该说是经过形核、生长两个步骤实现的，就以共析成分为例讨论：在原来的一个奥氏体晶粒内没有人能够限定只允许产生一个珠光体初生晶核，在不发生切变的前提下，只要有过冷度就会发生新相形核所需要的能量起伏和结构起伏，此时一个奥氏体晶内有多少个点满足形核条件就能产生多少个晶核，最终长成多少个珠光体晶粒，就这样原来的一个奥氏体晶粒由此被细化。尽管它们同属珠光体相，但是不具备共格关系，珠光体片位向会分别不同，它们属于各自独立的新晶粒。

aaron01

依稀记得在学校里上晶体学课程的时候，有一道是非题，说的就是这个问题，珠光体算不算是晶体。大家还记得答案吗？如果珠光体是晶体的话，那它是面心立方还是体心立方结构呢？ 还是密排六方结构呢？
如果连晶体都不是，谈何晶粒呢？更谈何晶粒度呢？
　　为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。
上述这段文字是我复习了晶体学概念以后抄下来的，供大家参考。由于本贴内容是讨论的影响奥氏体晶粒度的问题，我认为不能说冷却速度能够影响奥氏体晶粒度，只能说冷速快能够让珠光体更细，原因正如楼上高工所言，过冷度影响形核率，对这一点我非常认同。我的意见是不能拿珠光体团的大小来评判奥氏体晶粒度。奥氏体晶粒度通常用来评判组织粗细，而不是珠光体团大小，两者不能混为一谈。

ZX771

1.结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状，称晶粒。
2.晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征。任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相邻“并置”而组成的一个集合。

从上述相关定义可知：珠光体是不是晶体这个题目本身就是一个伪命题，因为珠光体是两种晶体结构相协进生长形成的复合体，没有人能够规定只是单一的晶体结构的结晶颗粒才称得上晶粒，其它结构就不算晶粒了。
一个原奥氏体晶粒难道在过冷条件下不允许多个晶核形成，即使长成多个珠光体结晶颗粒不是晶粒又是什么？

michealyong

回复 8# aaron01


    专家组晚上好，我更同意只是细化组织这个说法，细化晶粒这个好像只和加热有关，在冷却过程中奥氏体的晶界应该不会收缩吧？！

ZX771

回复 13# michealyong

      前面说了很多不必赘述了。退回到热处理工艺角度思考：比如渗碳钢实施正火最重要目的就是细化晶粒，在后续的渗碳淬火加热所成的新奥氏体晶粒度就能比正火前更细。如果不是这样正火工艺可以休矣！

zsl

平时说的工件的晶粒度大小指的是奥氏体遗传下来的晶粒度大小还是珠光体团的大小，这个问题弄清了二位高工的观点也就很清楚了。请问利用马氏体测的晶粒度和缓冷下来铁素体析出测得晶粒度是不是不一样？缓冷时铁素体是在原奥氏体晶界上析出还是从珠光体团边界上析出？

dush10321

对，冷却速度只影响珠光体片层间距， 不影响晶粒的大小， 晶粒的大小是由奥实体化温度决定， 温度太高可导致奥氏体晶粒粗大。

michealyong

回复 15# zsl


    在 网状铁素体在奥氏体晶界析出 的

余晖

在论坛看了很多关于细化晶粒的帖子，可为什么在室温组织粗大加热时能细化其原来粗大的晶粒，而高温奥氏体粗 ...
111444777 发表于 2010-12-7 11:47

       室温组织粗大，应该是铁素体晶粒度，重新奥氏体话就不存在铁素体了，冷却重新析出，行核，长大，重来了吗当然可以细化了，控制好冷速；高温奥氏体粗大，对冷却后铁素体晶粒度有影响，但铁素体晶粒度应该可以通过控制冷速，一定范围内做到细化和减少珠光体片层间距的吧。
   奥氏体晶粒度已经粗大了当然不可能再通过冷却细化的了。我没听过有珠光体晶粒度一说的。个人观点！

会绑饼子

正如各位专家所说的，冷却不能改变晶粒大小，怎么才能改变晶粒大小？正火改变晶粒大小是因为加热温度高还是冷却速度适中？如果我的工件发现晶粒度有问题，怎么才能细化晶粒？日本的超级细化（轴承钢GCr15）是提高加热温度和加快冷却速度来实现的，那么原理是怎样的？
希望各位专家给一个答案，让我们这些半拉子热处理技术人员学习一下！