奥氏体晶粒的长大现象解析

奥氏体晶粒大小可用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体晶粒数目来表示。为了方便起见，实际生产中习惯用奥氏体晶粒度来表示奥氏体晶粒的大小。对于钢来说，如不特别指明，奥氏体晶粒度一般是指奥氏体化后的奥氏体实际晶粒大小。奥氏体晶粒度通常分为8级评定，1～4级为粗晶粒，5～8级为细晶粒，9级以上为超细晶粒。奥氏体晶粒度级别N与奥氏体晶粒大小的关系为n＝2^N－1，n为放大100倍视野中每平方英寸（6.45cm²）所含的平均奥氏体晶粒数目。奥氏体晶粒越细小，n就越大，N也就越大。奥氏体晶粒度级别与其他各种表示方法的对照见表11-1。

表11-1 晶粒度级别对照表

奥氏体化刚刚终了时，晶粒较细，随着加热温度的升高，保温时间延长，奥氏体晶粒将长大。图11-1所示为18Cr2Ni4WA钢分别真空加热到950℃、1000℃、1100℃、1200℃，均保温10min，观察并拍摄到的暗场照片^[1]。该钢加热到950℃以前能够保持极细的奥氏体晶粒，高于950℃奥氏体化时奥氏体晶粒越来越粗大，加热到1000℃保温奥氏体晶粒有所长大，加热到1200℃时奥氏体晶粒已经粗化。

图11-1 18Cr2Ni4WA钢奥氏体晶粒的长大

a）950℃ b）1000℃ c）1100℃ d）1200℃

奥氏体晶粒的长大动力学曲线一般按指数规律变化，分为三个阶段，即加速长大期、急剧长大期和减速期。图11-2所示为奥氏体晶粒长大的动力学曲线。由图11-2中可见，奥氏体晶粒的平均面积随着加热温度的升高而增大，当奥氏体化温度一定时，随着保温时间的延长奥氏体晶粒的平均面积增大。如图11-2a所示，各种钢随着温度的升高长大倾向不同，20钢在800℃以上随着温度的升高奥氏体晶粒不断长大；20CrMnMo、18Cr2Ni4WA加热到1000℃以上奥氏体晶粒才明显长大。如图11-2b所示，20钢随着保温时间的延长奥氏体晶粒长大较快，而20CrMnMo长大较慢。各种钢在一定温度下，晶粒长大到一定大小时则停止长大。

奥氏体晶粒长大是大晶粒吞噬小晶粒的过程，在每一个等温温度都有一个长大加速期。当晶粒长大到一定尺度后，其长大过程将减慢，直至停止。等温时间的影响较小，而加热温度的影响较大。

每一个加热温度都有一个晶粒长大期，奥氏体晶粒长大到一定大小后，长大趋势减缓直至停止长大。温度越高，奥氏体晶粒长得越大。无论是加热温度升高还是保温时间延长，奥氏体晶粒长大到一定程度后则不再长大，如图11-3所示^[1]。(www.xing528.com)

图11-2 奥氏体晶粒长大动力学曲线^[1]

a）变温长大动力学曲线 b）恒温长大动力学曲线

加热时间一定时，奥氏体晶粒大小与温度之间的关系如图11-4所示^[1]。由图11-4中可见，C-Mn钢和Nb-N钢在低于1100℃时，随着加热温度升高，奥氏体晶粒不断长大，此种长大称为正常长大；而Nb-N钢当加热温度高于1100℃时，继续加热则晶粒突然急剧长大，此种长大称为异常长大，该温度称为奥氏体的晶粒粗化温度。

图11-3 加热温度及保温时间对w_C＝0.48％、w_Mn＝0.82％的钢的奥氏体晶粒大小的影响

图11-4 奥氏体晶粒大小与加热温度的关系