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影响奥氏体晶粒长大的因素

2016年11月29日08:59 青岛丰东热处理

奥氏体晶粒的长大是一个自发的过程。奥氏体的晶粒越细,则其总的表面积越大,表面能就越大。奥氏体由细晶粒长大成为粗晶粒的过程,实质上是一个总的表面积减少、表面能降低的过程。任何物体在处于能量最低的状态时,才是最稳定的,就像水往低处流一样,晶粒的长大完全是一个能量降低的自发现象。

影响奥氏体形成的因素主要有加热条件、原始组织、碳含量和合金元素四个方面。它们都是通过对奥氏体的成核及核的长大速度的影响而起作用的。

(1)加热温度和保温时间的影响。加热温度强烈地影响着奥氏体晶粒的长大。加热温度越高,铁原子和碳原子的扩散能力就越强,晶粒长大越明显。保温时间越长,原子扩散越充分,为晶粒长大提供了更多的机会,使晶粒容易长大。在实际生产中,造成产品晶粒粗大的原因除原始组织不合格外,基本上都是由于加热不当,尤其是加热温度过高而引起的。应严格控制加热温度,杜绝“跑温”现象。

(2)加热速度的影响。提高加热速度,可以获得细小的奥氏体晶粒。加热速度越快,过热度越大,奥氏体的成核量越多,晶粒就越细小。同时,加热速度快时,奥氏体的晶粒没有充分的时间长大。例如,高频感应淬火时,由于加热速度很快,零件表面在极短时间就达到淬火温度,甚至超过正常的淬火温度,快速冷却后仍能得到合格的淬火组织,所以高频感应淬火温度比普通淬火温度高些。

(3)碳含量的影响。碳钢在加热时,奥氏体温度升高到Ac3或Accm线以上时,晶粒开始长大,随着碳含量的增加,亚共析钢奥氏体晶粒长大的倾向增加。在碳的质量分数为0.8%~0.9%左右时,奥氏体晶粒长大的倾向最大。随着碳含量的继续增加,在Ac1和Accm之间存在着大量未溶的渗碳体质点,这些质点阻碍了奥氏体晶粒的长大。

(4)合金元素的影响。Mn和P是加速奥氏体晶粒长大的元素。Ti、Nb、V、Al、W、Mo、Cr、Si、Ni等元素能阻止奥氏体晶粒的长大,这是由于合金元素能与碳形成很难溶解的合金碳化物,如TiC、WC等,这些未溶的碳化物使奥氏体晶界的迁移变得十分困难,减少了奥氏体晶粒长大的倾向。Al、V、Nb、Ti的氧化物或氮化物质点也具有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

在实际应用中,为了获得良好的热处理质量,首先,在选材上以选择优质碳素钢或合金钢为宜;其次,制订合理的热处理工艺;再次,操作上控制好加热、保温和冷却三个环节。

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