细化奥氏体晶粒的原理？？

aaron01

回复 39# 余晖


    细化组织说法完全正确，教科书上就是这样描述的，晶粒度这个概念说的是什么主体，平常很多同行是比较模糊的，大家只听说奥氏体晶粒度，很少听到其他铁素体晶粒度、马氏体晶粒度等说法，原因就是写书的人早就搞明白这个思维陷阱了，我估计可能有80%的学热处理的朋友曾经掉进过这个陷阱，其中也包括我，这个讨论希望有助于帮助大家分清楚。
正火的冷却过程能够细化组织，这点我从没否认过，我只是觉得将组织和晶粒这两个不同的概念等同看待，严格地说是不恰当的，当然实际上大多数时候我们不需要这么咬文嚼字，不过一些特殊场合就要搞个明白了，比如晶粒度的测量方法，此时到底应该量珠光体团还是量原奥氏体晶粒大小，就变成原则问题了，论坛里搞理化检测的朋友很多，对于这个问题应该比我更有发言权。
关于晶体，其实钢铁材料只有两个固态单相区，奥氏体区和铁素体区，铁碳相图上很明白，在这两个区由于碳原子全部溶入铁的固溶体内，没有第二相存在，才能称得上是晶体，才能讨论晶界、晶粒、晶粒度。非奥氏体状态下只能说原奥氏体晶界、原奥氏体晶粒、原奥氏体晶粒度，说到钢的室温组织，通常是描述成铁素体和碳化物的混合物，以后会不会有新发现我不敢说，至少目前我理解的定义是这样的。

ZX771

回复 40# 余晖

有时间可以到这里看看：
http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_tsg200906022.aspx
还有这里
http://www.docin.com/p-23716725.html

baolijun

我想从零学
有什么好介绍啊！大哥们！

ZX771

回复 40# 余晖

       珠光体有没有晶粒度这个问题以后慢慢研究，为了不跑题还是回到楼主关于 “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 ？？？”疑问上继续展开讨论，我不是不相信各位的理论水平，也不是对自己的理论水准信不过，我提议从工艺层面认识问题意义在于站在大家都熟悉的着眼点上看问题，比较容易对问题认识和理解。
   以亚共析钢为例，高温下的原奥氏体通过正火冷却，到常温转变为细化了的铁素体与珠光体，此时不存在奥氏体也就无从显现高温时原奥氏体的晶粒度了，细化效果必须以现有的P+F为原始相加热到奥氏体状态与以前的原奥氏体对比；要在奥氏体不能存在的常温下显现高温时奥氏体晶粒，可以淬火切变马氏体得到实现，此时马氏体才是原奥氏体的“化石”。我们检查奥氏体晶粒度其实是在检查材料的高温下热处理工艺性能，这并不意味着材料在常温下的组织就没有晶粒度。
   也就是因为正火能够改变和摆脱原奥氏体对材料性状的影响，从工艺方面我们借助它；从实验上面我们回避它。

草原的风

看了楼上各位的讨论，很热烈，很好，不过有些概念需要谈谈我个人的看法，不一定对，欢迎大家批评指正。
一、晶粒度的概念：
1、晶粒度是衡量金属晶粒大小的一个指标。晶粒度是衡量单相多晶体的，也就是说单晶体无所谓晶粒度的，多相组织也无所谓晶粒度的，这个概念必须明确它的使用范围。
2、晶粒度是放大100倍的金相显微镜下每平方英寸（in2）的晶粒数目n，按照n=2的G—1次方公式来计算的，其中G就是晶粒度等级。我们常常说奥氏体晶粒度，也就是说一般（也可衡量铁素体这个单相多晶体晶粒大小的，所以说“一般”）用晶粒度的概念来特指衡量奥氏体这个单相多晶体的晶粒大小，而不是指别的组织。为什么专门给通常情况下只有高温才存在的奥氏体特定一个名词呢？因为奥氏体太重要了！它是所有热处理能否成功的前提，特别是淬火，得到的马氏体（无论是板条马氏体还是片状马氏体，因为马氏体转变只发生晶格改组，不伴随扩散，不改变化学成分）尺寸的大小决定于奥氏体尺寸的大小。
3、其他组织的尺寸大小：
珠光体：因为珠光体是由铁素体和渗碳体组成的多相组织，所以无法用晶粒度来同时衡量铁素体和渗碳体大小，所以对珠光体只用层片间距来衡量大小。
马氏体：通常用板束或马氏体片的长度来衡量，因为是伴随着残余奥氏体的多相组织，也无法用晶粒度来衡量。
4、珠光体是否是晶体的问题：
珠光体是晶体是毫无疑问的，我们所说的晶体一般情况下通常指的是单相单晶体或多晶体，珠光体只不过不是我们习惯的单相晶体而已，是由多相的晶体组成的晶体混合物而已。
5、对于冷却速度对组织尺寸的影响
冷却速度通过形核率和冷却时间来影响组织尺寸，冷却速度越大，形核率越大，冷却时间越短，将来转变的组织尺寸越细小。
二、关于楼主的问题：
1、“为什么在室温组织粗大加热时能细化其原来粗大的晶粒？”，
答：加个前提：“为什么一般钢在室温组织粗大加热时能细化其原来粗大的晶粒？”，为什么要加这个前提呢？为什么加“钢”呢？因为铸铁就不行。为什么加“一般”呢？因为“不一般的钢” 在室温组织粗大加热时不能够细化其原来粗大的晶粒！例如铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢就不行。
好了，现在来回答问题：因为一般钢室温组织通常是由铁素体+渗碳体组成，不管是什么亚共析钢、共析钢和过共析钢都是如此。当加热到临界温度以上要发生相变，这个是由铁及其合金的本性决定的，要发生相变，必然有形核和长大过程，由于过程不是极快，就会发生扩散，形核的驱动力是激活能，因此，加热温度越高，加热速度越快，形核率就越高，奥氏体晶粒就越多，奥氏体晶粒度就越细小，高频加热奥氏体晶粒细小就是这个道理，同时，加热温度越高，时间越长，扩散越快，奥氏体晶粒长大的也越快，综合的结果有可能是奥氏体晶粒不一定细小，因此，为了得到细小的奥氏体晶粒，调整形核和长大过程，通常情况下不选择过高的温度和过长的保温时间。
2、“而高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化其原奥氏体晶粒？”
答：“而高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化其原奥氏体晶粒？”这句话是完全正确的，因为奥氏体冷却后已经转变为其他组织了，“原奥氏体晶粒”已经不复存在，到哪里去细化去？
估计楼主想说的是“为什么高温奥氏体粗大后 冷却却不能细化奥氏体转变后的组织呢？”
如果是这样的问题的话回答如下：
奥氏体粗大后，冷却时可从C曲线上得知可转变的组织为珠光体、贝氏体、马氏体三种。
对于珠光体如果冷却速度足够的话，可以细化转变后的珠光体组织，如果冷却慢，不能细化。因为对于奥氏体转变为珠光体也是一个形核和长大过程和扩散过程，过冷度越大，形核率越高，冷却到室温的冷却时间就越短，晶粒就越细小，同样如果冷却慢的话长大过程有足够的时间，不能细化。
对于贝氏体，目前转变机理众说纷纭，还不清楚，不好说。
对于马氏体，高温奥氏体粗大后转变的马氏体也粗大，具有遗传性，因为马氏体转变是在奥氏体的基础上不发生扩散，不改变化学成分，只发生切变形式的晶格改组，因此，粗大的奥氏体将会得到粗大的马氏体，从片状马氏体的金相观察中已经得到证实，先形成的第一片马氏体会贯穿整个原奥氏体晶粒，随后形成的第二片、第三片马氏体片逐渐变小。（不好意思，手头上现在没有照片，我拍摄的照片在办公室，等星期一扫描后我发上来再展示给大家看）

草原的风

有些概念还需要说明一下，在钢中：
组元：铁、渗碳体（指亚稳态相图）；铁、石墨（指稳态相图）
相：铁素体、奥氏体、渗碳体；
组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体（至于索氏体、托氏体或屈氏体现在已经不采纳了，通常叫细珠光体）
于此可见，铁素体、奥氏体具有双重身份既是相也是组织，而渗碳体具有三重身份：组元、相、组织，因此，讨论问题首先得明确是什么身份，否则就会产生误解。

孤鸿踏雪

借用何老一句话：
   一个是强调奥氏体晶粒才是晶粒，一个是强调分解产物中的铁素体和碳化物也是晶粒。对于晶粒的定义两人理解有差别。相关的书籍里面两者说法都有，不大好调和，因为所用的引经据典，没有人去评判其中的是与非，‘说是就是，不是也是’。我们搞应用的，都没有办法统一这种‘术语’。

余晖

回复 44# ZX771


    这个观点我同意，但有一点还值得探讨“细化效果必须以现有的P+F为原始相加热到奥氏体状态与以前的原奥氏体对比”，此时加热到奥氏体状态与原奥氏体对比，是可以细化了，但这时的奥氏体状态和原奥氏体状态是不是一个状态呢？这回到了楼主的第一个问题，对于第一个问题大家都没有异议的。我认为以现有室温组织加热到奥氏体状态与原奥氏体状态对比不能作为原奥氏体细化的依据。

ZX771

回复 48# 余晖


       楼主提问“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 ？？？”提法可能是有不严密之处，但是作为同道很容易理解他需要表达的意思，是对某些“定论”提出质疑。不一定去过分钻那么几个字眼，前面“草原”老师说这句话是对的，确有对的道理：常温下原奥氏体不存在了也就谈不上细化了。但是不能忽略重要的也是楼主根本上最关心的问题，原粗大奥氏体晶粒常温下不存在了，但是它过去在材料中所占据的那些空间变成什么样了，通过冷却能否使这个空间不再被粗大奥氏体占据？我还愿意是拿工艺用语描述：1.退火冷却：到室温原奥氏体空间被新晶粒划分，得到细化的组织在未来的奥氏体转变能够得到比原来粗大奥氏体要细一些的奥氏体晶粒；2.正火冷却：到室温原奥氏体空间被更多新晶粒划分，得到更细化的原始相（对于未来奥氏体转变而言），就是正火能保证多形核必要的过冷度使得原粗大奥氏体占据的这个空间重新奥氏体化生成更细化了的奥氏体；3.淬火冷却：每一个粗大的奥氏体晶粒度被粗大的马氏体取代，此时奥氏体不存在了（免枝节残奥省略不谈）原占据的空间由同样大小的马氏体晶粒取代，组织没有细化。
   冷却是否能细化晶粒可以用前面未经正火的与后来正火了试样同时加热同时淬火都变成马氏体分别进行原奥氏体晶粒（返回室温以前各自高温下的奥氏体）检查，这样才有可比性。
  奥氏体体以外的组织在这里且用晶粒描述，应该不会错得很厉害有伤大雅妨碍讨论吧。

离别钩

淬火的马氏体转变过程是逐级转变的，过冷度越大，马氏体也越细。这可以解释水淬组织细于油淬的现象。根据冷却速度的情况粗大的奥氏体可能会被更多的马氏体针或马氏体半条分割，中碳钢高频淬火的情况则可能在同一个奥氏体晶粒内被高碳马氏体和低碳马氏体分割。这些马氏体取向不同，在再次加热奥氏体化后就会形成更多的晶粒（可以理解为细化了奥氏体晶粒）。多次循环淬火得到超细晶粒的工艺便是这个道理
个人浅见，还请专家指正。

余晖

邹工无怪!我可没有冒犯之意哦！

aaron01

室温情况下，大多数钢没有奥氏体晶粒，但奥氏体晶粒度仍然是可以测量的，既然可以测量，当然可以以此评价钢的组织粗细，而事实上评价钢的晶粒粗细一般都是拿室温下奥氏体的晶粒度来评价的，而不是拿的所谓“珠光体晶粒度”，ASTM E112和我们的国标GB/T6394都提到在室温下进行如何进行奥氏体晶粒度的测量，并没有说室温下就无法测量，我们讨论楼主的命题的时候，自然是按照室温下钢铁材料奥氏体晶粒度这样约定俗成的对象来讨论，从这个角度来说，冷却怎么影响奥氏体晶粒度呢？
邹工谈到的细化珠光体对以后重新奥氏体化的影响，但已经把研究对象变成重新奥氏体化后的晶粒情况了，那时不仅仅是珠光体组织粗细有影响，奥氏体化条件也有影响啊！对象变成后续加热后的奥氏体晶粒度问题了，而不是我们现在讨论的话题，请仔细看下本帖主题，是讨论的冷却对原奥氏体晶粒度的影响，对象应该是冷却后的奥氏体晶粒度，既不是讨论的“珠光体晶粒度”，也不是重新加热后的奥氏体晶粒度。
同时提醒大家，楼主的用词我认为是非常标准的，原奥氏体晶粒度，这个原字用的好啊！！楼主要问的是什么，我们就答什么啊，冷却能影响原奥氏体晶粒度吗？怎么在冷却的时候让原奥氏体晶界移动呢？

aaron01

回复 50# 离别钩


    淬火冷却速度能影响马氏体粗细吗？能不能仔细考虑下这个说法，我认为似乎不妥吧？

yangxinshan

、细化晶粒和细化组织是两个概念
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，绝对不是晶粒！
概念上的东西翻翻书应该能搞明白的

111444777

首先谢谢各位师傅回复，这几天比较忙就没有上论坛
看了各位的讨论 我还是比较偏向aaron01 的回复，以前看到一篇“正火细化晶粒与冷却速度无关？”的帖子里面一位师傅也提到 我们所说的细化晶粒是指奥氏体晶粒 虽然冷却后奥氏体分解后在室温不存在奥氏体 但以前奥氏体的晶界是被保留下来的，所以冷却速度对原奥氏体晶界无影响的。
如果从机理来分析这些问题该如何着手？？如加热时 冷却时如何去理解是在发帖子的最初目的！

离别钩

回复 53# aaron01
淬火冷却速度会影响马氏体的粗细的，马氏体转变也是一个形核和长大的过程，马氏体的形成便是在母相奥氏体上通过涨落发展成较稳定的小的集合体，这种小的集合体若能长成亚稳定的结构就是新相马氏体的核心。马氏体相变与其他相变不同之处只是形核是无扩散形核（只改变结构不改变成分）。根据形核过程的动力学和热力学条件，形核驱动力是转变始态和终态的摩尔吉布斯能变化，冷却越快过冷度大，摩尔吉布斯能变化也越大，相变驱动力也越大，这样将会有更多的核心，一旦有了较多的核心马氏体的长大必然受到限制。实际上，其他条件相同时在水冷和油冷的确存在这种差异，并且我认为高频淬火冷却速度是非常快的，也是细化马氏体（隐针马氏体）的一个重要原因。

aaron01

再举个例子吧，我们在读钢厂原材料检验报告的时候，“晶粒度5-8级”是说的什么晶粒度？是原奥氏体晶粒度还是所谓的珠光体晶粒度呢？还是后续加热奥氏体化后的呢？
钢厂材料有正火态的也有退火态的，交货状态的时候，显然是没有奥氏体晶粒的，但其检验的不是珠光体晶粒度，有没有珠光体晶粒度暂且不谈，至少没有这方面的标准来评价珠光体晶粒度。只能是按照国标检查室温下材料的原奥氏体晶粒度。
钢厂也不可能对后续加热形成的奥氏体化负任何责任，所以这个报告上说的晶粒度只能是交货状态下的原奥氏体晶粒度。

离别钩

另外，淬火微裂纹的形成乃是马氏体针在长大过程中相互碰撞形成，如果形核率低，比如在Ms点一下一点点等温，这种碰撞的几率就会大大减小，这时候形成的马氏体就会很大。

离别钩

回复 57# aaron01


   对亚共析钢来说是指的铁素体晶粒度，钢厂质保书写的5-8级根据钢厂的不同习惯有时指的是原奥氏体晶粒度，有时指的是铁素体晶粒度

孤鸿踏雪

在常温（室温）下检查原奥氏体晶粒度的方法为：
    即用一种能够在回火后仍然可以显示晶粒度的腐蚀剂：饱和苦味酸水溶液100ml,海欧洗涤剂1～5ml（也可用普通厨房用的普通洗洁精）盐酸 1～5滴。