长大驱动力F：
F=2/R
• 可知：由界面能所提供的作用于单位面积晶界
上的驱动力F与界面能成正比，而与界面曲率
半径成反比，力的方向指向曲率中心。 • 单位面积晶界界面能越大，晶粒尺寸越小，则 奥氏体晶粒长大的驱动力就越大。
2、晶界推移阻力
• 晶界或晶内细小难溶
的第二相粒子将阻碍
越高，孕育期越短，形成速 度越快。 • A形成的开始和终了时速度 较慢，中间快
• 在整个A形成过程中，奥氏
体成分均匀化所需的时间最 长。
连续加热时的奥氏体形成
• 与等温加热转变大致相 同—经过四个阶段？
• 影响因素也基本相同
• 其特点如下：
1)在一定的加热速度范围 内，相变临界点随加热 速度增大而升高 • 当加热速度达到一定时， 相变温度均为1130°C
晶界的迁移。
• 沉淀析出的第二相粒 子是晶界推移的阻力
• 第二相粒子对晶界推移的最大阻力为：
• 可见：粒子的尺寸越小、单位体积中粒子数越 多，对晶界推移的阻力就越大。 • A晶粒长大，则驱动力降低，与阻力平衡时A停 止长大。
本质细晶粒钢在950C以上，难溶的第二相粒子 将聚合或溶解，失去抑制晶粒长大的作用。
思考题：
• 钢中沉淀析出粒子对奥氏体晶粒长大有什
么影响？
• P32：4，5，8，11，12
加热温度、保温时间、加热速度、化学成分
1、加热温度越高，保温时间越长，
奥氏体晶粒将越粗大
2、加热速度越大，可 以获得细小的奥氏
体起始晶粒，但奥
氏体晶粒很容易长 大，所以快速加热 时，需短时保温才 能获得细小的奥氏
体晶粒。
• 3、含碳量的影响
• 亚共析钢、共析钢
加热时奥氏体晶粒 随钢中碳含量增加 而增大；过共析钢 随钢中碳含量的增
5.细化奥氏体晶粒的措施
• 合理选择加热温度和保温时间 • 合理选择原始的组织 • 加入合金元素 • 采用重结晶处理
6 组织遗传和断口遗传
• 组织遗传：当原始组织为非平衡组织，以一定的 速度加热时，可能使原来的粗大奥氏体晶粒恢复 原状。 • 断口遗传：由粗大的奥氏体形成的非平衡组织， 当中速加热获得细小奥氏体晶粒后，冲击断口仍 可能出现粗大颗粒状断口。
加，奥氏体晶粒反
而细化。
4、钢中加入适量的形成难溶化合物的合金元素， 将强烈地阻碍奥氏体的长大，如Nb、Ti、Zr、 V、Al等； 形成易溶化合物的合金元素如W、Mo、Cr等 也阻碍奥氏体晶粒的长大
• 冶炼方法的影响：用铝脱氧的钢，奥氏体晶粒长大倾 向小，属于本质细晶粒钢。 • 原始组织的影响：原始组织越细，得到的奥氏体晶粒 就越细。
• n=2N-1
式中： n-放大100倍时每平方英寸(6.45cm2)面 积内晶粒数, N-晶粒度级别
奥氏体晶粒度种类：
1）起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体刚形成， 晶粒边界刚接触时的晶粒大小。 2)本质晶粒度：在标准实验条件下 （930±10C，保 温3~8小时）测得的奥氏体晶粒，晶粒度在5~8级的为
2)相变是在一个温度范围 内完成的 3)奥氏体形成速度随加热 速度增大而增大 4）奥氏体成分的不均匀 性随加热速度增大而增 大
5)奥氏体起始晶粒大小随
加热速度增大而细化
2.5 奥氏体晶粒长大及其控制
一、 奥氏体晶粒度： • 定义:指奥氏体化后实际晶粒大小 • 表示方法：晶粒直径、单位面积 中奥氏体晶粒数目 • 等级标准：8级 • 超细晶粒：超过8级
(a)循环一次
(b)循环三次
循环相变细化
(a)
22μ
(b)
10μ
循环相变参数： 1000℃奥氏体化，加热速率70℃/sec
(a)循环一次,(b)循环三次
本章小结： • 奥氏体的组织、结构、性能 • 奥氏体形成的热力学条件 • 奥氏体的形核、晶核长大机制 • 奥氏体等温形成的动力学 • 钢在连续加热时珠光体到奥氏体的转变 • 奥氏体晶粒长大及其控制 重点内容：奥氏体的形核、晶核长大 奥氏体等温形成、连续形成的动力学 奥氏体晶粒长大及其控制
结论：
• A晶粒长大驱动力来自A的晶界能。 • 沉淀析出的第二相粒子是晶界推移的阻力，粒子越小，单位 体积中粒子数目越多，阻力越大。 • 随着奥氏体晶粒的长大，总的晶界面积逐渐减小，晶粒长大
动力减小。当晶粒长大动力和第二相弥散析出粒子的阻力相
平衡时，奥氏体晶粒停止长大，即奥氏体晶粒长大到一定程 度后就不再长大。
组织遗传
硝酸酒精腐蚀：板条状马氏体 低碳合金钢
苦味酸腐蚀：原奥氏体晶界
组织遗传现象消除措施 ——两次等温处理
（a）
（b）
等温处理工艺：900℃×30min奥氏体化+600℃×40min （a）一次等温处理, （b） 2次等温处理
循环相变细化
(a)
26μ
(b) 19μ
循环相变参数： 1000℃奥氏体化，加热速率70℃/sec
• 长大条件：
A刚形成时均很细小，且不均匀，界面能越高， 界面越不稳定，在一定条件下，必然自发地向减 小晶界面积、降低界面能的方向发展。所以小晶 粒合并成大晶粒，弯曲晶界变成平直晶界是一种 自发过程。
• 长大方式：互相吞并、晶界推移而实现的。
1、A晶粒长大驱动力：
来自A的晶界能
理想状态的晶界如图： 晶界呈直线 三条晶界相交一点成120 晶粒呈六边形 A晶粒长大:通过晶界迁移
1）奥氏体形成符合一般的相变规律：是形核和 核长大的过程； 2）奥氏体的形成过程是一个扩散型相变的过程；
3）奥氏体晶核是依靠系统内晶界或缺陷处的能 量起伏、浓度起伏、结构起伏形成的；
4）奥氏体晶核优先形成位置是：铁素体和渗碳 体的界面处、 或珠光体团的边界处；
奥氏体等温形成的动力学:
• A形成有孕育期，加热温度
本质细晶粒钢，1~4级的为本质粗晶粒钢。表示钢在一定
条件下A晶粒长大的倾向。
3）实际晶粒度：在某一加热条件下所得到的实际奥 氏体晶粒大小，其大小取决于钢材的本质晶粒度和实际
加热条件。
• 本质细晶粒钢：加热 温度范围较宽，在热 处理后获得的实际晶 粒往往是细小的。 • 本质粗晶粒钢：需严 格控制加热温度。 • 本质晶粒度是奥氏体
• 奥氏体晶粒平均极限半径取决于第二相沉淀析出粒子的半径
和单位体积中的数目。
• 第二相粒子的存在起到细化
晶粒的作用。
• 为了获得细小的奥氏体晶粒， 必须保证钢中含有足够的第
二相难溶粒子。
• 沉淀析出粒子的分布不均匀， 可造成局部区域晶粒异常长 大。
3、影响奥氏体晶粒长大的因素
• 在起始晶粒形成后，钢的实际晶粒度取决于奥氏 体晶粒在继续保温或升温过程中的长大倾向。起 始晶粒越细小，则晶界能越高，长大倾向越大。 • 晶粒长大表现为晶界的推移，实质是原子在晶界 附近的扩散。 影响奥氏体晶粒长大的因素：
的热处理工艺性能的
一个重要指标。
• 奥氏体起始晶粒大小：取决于形核率和长大速度， 1mm2内A晶粒的数目：
• 说明：增大形核率或降低长大速度是获得细小奥 氏体晶粒的重要途径 • 奥氏体实际晶粒度取决于钢材的本质晶粒度和实 际加热条件 • 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体的实际晶 粒越粗大。
二、奥氏体晶粒长大原理