钢的晶粒度测定

一、实验目的

熟悉奥体晶

和实际晶粒大小

二、实

(一)、晶粒

1、铁素体钢的

1)、

碳钢采

体晶粒度。

渗碳层的过共析区的奥氏体晶界析出渗碳

2 )、网状铁

含碳0.25~0.60% 的碳

钢，含碳0.25~050% 的

20钢退火 100X

3 )、氧化法

含碳0.35~0.60%

合金钢。

4 )、直接淬

含量小于

钢样。经热处理后，

淬硬为马氏体的原始

形貌。

25钢 900?加热保温1h 淬

火马氏体

5 )、网状渗

过析钢(般含

1.00%的碳钢)，

定，均在820+10?下加热。至

少保温30分钟，以足

度随炉冷却至低于临

下，使奥氏体晶界

网。

T10钢 退火 珠光体+ 渗碳体网

6 )、网状屈

对使用其

示的共析钢，可选取

的棒状试样，进行不

在原始奥氏体晶界将

光体(团状屈氏体)

出原始奥氏体晶

45钢 不完全淬火 淬火马氏体+氏体

2 、

1)、奥氏体钢的实际晶

热处理状态。

2 )、考虑到奥体钢出

晶粒计数，显示晶粒形貌应用

蚀剂，使孪晶显示尽量降到低

晶界腐蚀法最常用的试剂为100ml饱和苦味

酸水溶液+0.5~1%烷基磺酸

和苦味酸水溶液+0.5~1% 猫洗

2~5分钟。

(二)、晶粒的

1、比较法

比较法是通过与标准

来评定晶粒度的。适用

完全再结晶材料或铸

标准评级图

2 、弦计算法

先将待测试样选择有代表性的部位

粒过大或过小时，倍数可适当缩小或放，使视

少于50个晶粒

用所测量目镜上选择出几条足够的线段(长度相

数出直线截的晶粒总数，线段端部未被成交截

个晶粒计算，然后按下列计算弦的平

级别。

d=nL/ZM

式中 d――弦的

n――线

L――每条线段长度(mm )，

Z――相截

M――放大倍数

30CrMnTi 原始奥

(三)、晶粒度

晶粒度表法

1、

如果优势晶粒度占视场90% 以，即可

粒度，如果测量的混合晶粒度，占势的

面，如7-8级，7-5级，表示占优势晶粒度

2 、综

晶粒度评定取5~10个，平均晶度级别可

计算

m= ?ab/ ?b

其中 m――平

a――各视场的

b――视场数

金属平均晶粒度和钢的本质晶粒度

对于热锻用非调钢 30MnV S , 用特征函数 Z 能更好地表征微合金元素 N, Al 和 Ti 对组织和性 的响 。 Z 值大于 0. 14时具较的

对于冷加工用调质钢 , 控制较低的 Ti 、 较高 的 Al 含量 , 可以免出现魏氏组织 , 得到较均匀的 素体 +珠光组织

参 　 考 　 文 　 献

1　 Gao N , Baker. Influence o f AlN precipita tion on ther mody namic parameters in C-Al-V -N microalloyed steels . ISIJ Interna tional , 1997, 27 (6) , 596-604

2　 Bodnar R L, Hansen S S. Effects of co mposition and processing in ho t -rolled , niobium -microalloy ed structural steels. 38th M echanical W orking and Steel Processing Conference Proceeding s, Ohio: 1996. 513-525

3　 Ino ue K, N akamura S. Influence of chemical compositions o n toug hness o f ferrite-pear l ite ty pe microalloyed steel , Proc . Fundamental and Applica tions of M icro allo ying Forg ing Steels, W ar rendal :1996. 345-355

4　 T ostensen D , Ber tole R , Glasga l B . T oug hness of mic roallo yed fer rite-pea rlite steel. Proc. Fundamental and Applica tion of Microalloying Forging Steels . Wa rrendal :1996. 327-344

5　 Takada H , Ko yasu Y . Streng thening and toughening of microalloyed bainite forg ing steel. Proc. Funda mental and Applica tion of M icroalloying Fo rging Steels . Wa rrendal :1996. 143-157

6　 Chiba T , M iyamo to M. Effects of alloying element o n streng th a nd toug hness of microalloy ed steels . Proc. N ew steel Products and Processing fo r

Auto motiv e Applica tions , Detroit :1996. 101-107 7　 Nom ura I , Kato T . V 和热机械处理对中碳微 合金 钢组织的影响 , 铁 と 钢 , 1996, 82(11):941-946 8　 Eissa M M , El-Faw akh ry, K A, V anadium-microalloy ed high carbon steel . Iron a nd Steel M aker, 1996, 23(12):73-81

9　 Edmo nds D V. Precipita tion in microalloyed higher carbon steels , Proc . Fundamental and Applica tion of Microalloying Fo rging Steels. W ar rendal :1996. 111-125

10　 M edina S F , Qispe A . Influence of strain on induced pr ecipitatio n kinetics in microalloyed steels, ISIJ International, 1996, 36(10):1295-1300

11　 Wa ng Z, Liu X. 含 V 微合金钢在 热轧和加速却 过程中的强

12　 Eissa M , El -faw akh ry K A . Dev elopment o f superio r hig h streng th lo w impact transition temperature steels microalloyed with va nadium a nd nitrog en . J . M ater . SCI . Tech . , 1997, 5 (1):3-19

13　 Abad R, Lo pe Z B. Influence of second phase par ticles on the r ecry stallization sto p temperature o f some HSL A steels , thermomecha nical processing in theor y, modeling and prac tice, stockho lm, 1996. 210-216

14　 Leda H . Pha se transfor ma tion a nd mecha nical properties of steels containing 0. 10%C, 0. 7-1. 4%M n and microa lloy ed with Ti. J . M ater. Process . Tech . , 1997, 64(1-3):247-254

15　 胡本 , 卜 勇 , 等 . N /Al比 值对 A 508-3的 组 织和性的

16　 云旭 . 金属热处 理原理 . 北 京 :机械工

收稿日期 :

1999-10-06

知识之窗 金属平均晶粒度钢

　　 YB /T5148-1993《 金属平均晶粒度测定方法 》 现行的行业标 , 该标准中取了测定钢

多年实验证 , 本质度测定会带来不必 要的麻烦 。 因为测定钢的本质晶粒度规定加热温度 一律为 930°C, 随之而来的是本来按正常热处理加 温度处理后钢的晶粒度细于 5级为合格品 , 而按 930°C 热 测定后有 能粗 4级而变为 不合格 品 , 即将合格品本度概念错误的判为不合 格品 , 这给

美国冶金学家早在 40年代之前就拚弃了 “ 本质 晶粒度 ” 的概念 , 他们认为晶粒度是奥氏体化温度和 时间的函数 , 评定的不是在规定温度的粒大 小 , 而是晶粒粗度和热处理中实奥

李维 钅 戊 (万隆模钢公司 　

索进平等 :微量元素对微合金非质钢组

钢的奥氏体晶粒度的测量

实验二 钢的奥氏

一、实验目的

1．熟悉测定钢的奥氏

2．研究加热温度和保温时间及循环热处理奥氏体粒度大

3．从晶粒大小的观念出发确定合的热

二、实验内容

奥氏体晶粒度――奥氏体晶粒的大小。分1－8，1级粗大，8

1．起始晶度――在临界温度以上，奥氏体形成过程刚刚结束时的晶粒寸。 每一平毫米内奥氏体晶的数目N与核

N=1.01(n/c)1/2

n及c的数值决定于原始组织的形态和弥散程度及加热的加热速

2．实际晶粒度――在热处理（或热加工）的一具体加条件下所到的奥氏

实际晶粒度与起始晶度、奥氏体化温度、奥氏体状态停留时间和加热速度有关。 实际晶粒度粗大，往往使钢的机械性能，特别是冲击韧性、疲性能降低。 实晶粒度细，可提高钢的屈服强度、正断强度度，同时具有较的性和

晶粒超细化方法：快速循环相变加热淬火，循环加热火，摆锤循环热处理，快速加热

3．本质晶度――把钢材加热到超过临界点以上的某一特定温度，并温一定时间，氏体所具有的晶大小。一

4．奥氏体晶粒

1）奥氏体晶粒

直接腐蚀法：也叫晶粒边界腐蚀法。适用于测定淬火得到的氏体或贝氏组织钢的奥

热处理工艺：试样加热到930℃,保温3小时，水冷，磨去脱碳层制成金相试样。用含有0.5～1％烷基磺酸的100克苦味酸饱和溶腐蚀晶粒界变黑

如果晶界不清晰，可经二、三次腐蚀，抛光重操作，将腐蚀液

2）奥氏体晶粒

比较法：在100倍显微镜下直接观察，然后选择其晶粒度具有代表性视场与标准别图中的1－16图比较，确定

弦计算法：当测量的确度要求较高或晶粒为椭圆形时。用带有刻度的目镜上选择具有代表性部位及显微镜的放大倍数直接进行。测量时，直线部未被完全相交截晶粒以一晶计算。测三次，用相截的晶粒直线的总长度，出的平

试样上的晶粒经常不均匀的。若占大多数晶粒度的面积不小于视场的90％，则只定一个晶粒度数值。否则，用二、个级别来表示。前一个占势的级别。 测微目镜：100倍下 个

400倍下 一个小格＝0.013mm（实际长度）

钢的奥氏体晶粒度检验方法

钢的奥氏体晶粒

张 卫

(沈阳职业技术学 院 机械装备系, 辽 宁 沈 阳 110045)

摘 , 显示进了对比试验 。 要采用氧化法和晶粒边界腐蚀法对几种不同的碳钢和合金钢的奥氏体晶粒的结果表明 ，该两种方法对碳钢的显示果差别不大 ，对 金 钢 言 ，氧化法较晶粒边界腐蚀法所显示奥 晶 粒 要 细 。 氧

关 键 ,碳 钢 , 合 金 钢 , 奥 氏 体 晶 粒 , 氧 化 法 , 晶粒

中 图 分 类 号 ,文 献 标 识 码 ,文 章 编 号 ,TG142.25 A 1001-3814(201022)-0066-03

Inspection Methods of Austenitic Grain Size in Stainless Steel

ZHANG Wei (Department of Mechanical Equipment, Shenyang Polytechnic Technology College, ShenyangChina 110045,)

Abstract,The austenitic grains of several different carbons teel and low alloy steel were comparedus ing oxidation method ando crrosion methodof grain boundary. The results show that sthohew ing effect of two methodsi s the same,but aimed at low alloy steel, the showing austenitic grains using oxidation method arefiner than thoseu sing corrosion methodof grain boundary. Some opinionsaga inst existing problemsin oxidation method are putfo rward.

Key words,carbon steel; alloy steel; austeniteg rain size; oxidation method; grain boundaryc orrosion method 钢的奥氏体 晶粒度的检 验 方 法 很 多 ， 氧 化 是 后，将抛光面 朝上置于空 加热炉中 加热 ，加 热 温 度 [1]最 常用方 之一 。我 国 1986 年以前标 准中采 ， ，水溶液 中冷 。 为保(860 ?10)?1 h10%NaCl 用氧化法检 验钢的奥氏 体本质晶粒 度 ， 实验加 热 温 氧 化 法 采 用 15%盐 酸 酒 精 溶 液 侵 蚀 ，晶 粒 度 为 (930?10)? ， 保 温 1:3 h， 适 用 于 种 碳 钢 和 界 腐蚀法 采用饱和苦 味酸水溶 加适量洗 发膏 侵 蚀 2 []合 金 钢 。 新 的 国 家 标 GB6394-2002中 ， 采 用 氧 以 示奥氏体 晶界 。 化法检验 奥氏晶粒 度时 ， 消 了 原标准中的 “ 采截距法 和比

大小进行 测量和评 级 。 (930?10)? 改 为(860?10) ?，保 温 1 h，

含 量 为 0.35%

的碳钢和合 金钢 。化 法 分为气氛氧 化法 、 :0.60%实验结果2 保护氧化法 和熔盐氧化 腐蚀法 ， 一 般 采用气氧 化 用氧化法 晶粒边腐 法测得结 果 及 用 截 。 试样经 高温热 ，

法测得的平 均弦长如 表 所示。粒 度 级 别 奥氏 体晶 1 在晶界处形

是在 倍显 微镜下选取 具有代表 性的典 型 视 场 用100 晶界氧 化物网络 来评定钢的 奥

比较法 进

表 奥氏体晶粒度级别及

实验方法Tab.1 The grade of austenitic grain and average 1 chord length 实 验 材 料 选 用 40Cr、40CrNiMo、38CrMoAlA 和 氧化法 晶粒边界腐蚀法 钢 号 钢等碳钢合金钢，样尺寸均为 ， 45 15 mm ×15m m级 别 / 级 平 均 弦 长 / mm 级 别 / 级 平 均 长 / mm 其始组 均为火状 态 。 6(50%) 6(50%) 45 0.0484 0.0287 8(50%) 8(50%) 热 处 理 工 艺 按 制

40CrNiMo 8~9 0.0174 7~8 0.0233

收 稿 日 期:2010-04-23 由 表 中 的 数 据 可 知 ，对 钢 而 言 ，氧 化 法 和1 45 作 者 简 介:张 (1958- ),女 , 沈 阳 人 ,副 教

金 属 热 加 工 、热加工工艺的研究;电 话:024-88251722; 晶粒边界 腐蚀法所得 的奥氏体 晶粒度级别 或 平 均 弦 E-mail:309390404@QQ.com 长 别 ，即 对于钢

66 Hot WorkingTechnolo gy 2010,V ol.39, No.22

材料热处理技术下半月出版 Material & Heat Treatment

对 于 钢 ，高 温 加 热 和 保 温 时 ，其 表 层 易 脱 蚀法所 显 的 奥 氏 粒 度 基

碳 。 见图。 1

实验 中 经 常 发 现 ， 用 氧 化 法 所 显 示 的 试 样 表 层 的 而 对 和 等 金 钢 ，氧

晶 粒 不 钢 的 奥 氏 体 晶 粒 ，而 是 铁 素 体 晶 粒 ，见 图 的奥氏 体 晶 级 别 或 平 弦 长

3。 法 要小， 即 氧 化 法 所 显 的 奥 氏 体 粒 较

可 看出 ， 采 用 15%盐 酸酒 精 溶 液 侵 的 各

向 不同 ，因 而 其 侵 蚀 程 度 也 不 一 样 ，显 微 下 各 晶 蚀法要 细 ，其显微组 织见

明暗反差 很大 。 而采 用 4%硝 酒 溶 液 蚀 ，

层和心 部 的 原 始 成 分 的 奥 氏 体 晶 粒 度 用 晶 粒 边 ( 界 腐蚀法显 示)相 差 不 大 。 随 着 时 间 长 ，细 小 的 奥 氏 粒将依一定 式集

氧化层也将 不断增厚 。 因 而反映前一 时刻奥体 晶 粒度的氧化 晶界早已消 失在氧化层 中 。显 然，t时刻 2 的氧化晶界 已经是一个 新的 、 与长 大 了奥氏体 晶 粒尺寸相 当的氧化 晶界 。同 ，当 保温时间延 长到 t3 时， 反映一 时刻奥氏 体晶粒度的 氧化晶界便 是 一个更新 的 、与 时刻晶粒尺 寸相当的氧 化

若试样表 氧化层的增 厚速度与奥 氏体晶粒的 长大 图 3 45 钢表层铁素晶粒的显微组

Fig.3 The ferrite grain on the surface of 45 steel ×90 速度同步 ， 时氧化法所 显示的

粒边界腐 蚀法显示 的内层或心 的原

可见 。 体晶界清晰 体晶粒度将 基本一致 。 试样表氧 化层

度滞后于奥 氏体晶粒的 长大速度 ，此 时，前一时刻 试 结果分析样表层奥氏 体晶界形成 的氧化物网 络将阻止奥 氏体 3 晶粒长大 。在 这种况下 ，氧化法所 示的奥氏 晶 用氧化法显 示奥氏体晶 粒度试时 ， 试样 被 加 粒将内 层

各钢种抗高 氧化的能 力是不 ， 碳 钢 的 热 到规定温度 ，当相变完 成后的瞬间 ，奥氏体晶粒 是 抗 高温氧能 力较差 ， 氧 化层的增厚 速度与奥氏 体 细 小 的 ，试 样 层 轻 微 脱 碳 ，氧 化 层 较 薄 ，见 中 4 晶粒的长 大速度大致 步 ， 因 而 化与晶 粒边 界 t。 这 时 ，表 层 的 奥 氏 体 晶 粒 ( 氧 化 法 显 )与 内 1腐 蚀 法 所 显 示

1 和 图 1)。 合 金 钢 抗 高 温 氧 化 的 能 力 相 对 要 好 ，氧 化 层 的增厚速度 滞后于奥氏 体晶粒的长 大速度 ， 因 氧法所 显的奥 体晶粒比晶 粒边界腐蚀 法所 内层或心 部的奥体 粒要

当遇到抗高 温氧化能力 强 、 但 脱 倾 大 的

t<>

Fig.4 The sketchof oxidation method

《热加工工艺 》 年第 卷第 期67 2010 39 22

年 月材料热处理技术 2010 11 Material & Heat Treatment

种 时 ，情 况 也 会 变 得 很 复 杂 。 例 如 钢 ，，而是素体 晶粒 ，与 的 的并非钢 奥氏体晶

此 钢抗氧能 力强 ，由于钢 中含有一 定数量的铝 ，其 奥体晶粒 有本质的 区别 。 这也 将

脱碳倾向很 ， 5 为 38CrMoAlA 钢 860 ? 大图加热保钢的奥氏体 晶粒度带来 极困难 。 1 h 淬 的 显 微 组 ， 试 样

结论4 全

脱碳 层(素体组 织)。 通常，钢的 抗高温氧化 能力越 (1) 碳 钢 抗 高 温 化 能 力

温 强，脱碳倾向 越 ，则完全 脱碳层也越 厚 。 采用氧 化 时， 试样 表面氧化层 的增厚速 度与奥氏体 晶粒的 长 法 使 用 的 侵 蚀 剂 (15%盐 酸 酒 溶 液)很 难 使 试 样 度基本趋 于一致 。

， 用 4% 表 面的铁素体晶界显示来若采硝酸酒边界腐蚀 法所显的 奥氏体粒

(2) 金 钢 高 温 氧 化 能 力 较 强 ， 高 温 加 热 精 溶 保 温时， 试 样表面氧化 层的增厚 速度滞后于 奥氏体 液 侵 蚀 ，铁 素 体 晶 界 清 晰 可 见 (见 图 6)，但 它 所 显 的长大速度 ， 表层奥氏 体 晶界形 氧物网 晶 粒 示 络 阻止奥 体晶粒

化法所显 的奥氏体晶 较粒边 界腐蚀法要 氧 细 。 (3) 对 45 钢 进 行 氧 化 法 试 验 时 ，其 层 的 含 碳 量因脱碳 降至某一值 时 ，将生 相的转变 ，致 使该法 所 显 示 晶 粒 不 是 奥 氏 晶 粒 ，而 是 氏 体 + 铁 素 体、或是铁素 体晶粒 ，这 给钢 体晶粒的 检×100 和级带来 困 。

(4) 38CrMoAlA 钢抗高温氧 化能力 强 ， 脱 碳 倾 Fig.5 The microstructure of decarburized layer of

38CrMoAlA steel 向大，按 氧化所规 定加热规 范

可 采 用 硝 酒 精 溶层 有 一 很 厚 的 完 全 脱 碳 层 ， 4% 液 侵蚀 ，但它显 示的不是 的奥氏体 晶粒 ，而是铁 素 体晶粒 ， 这 也 给法 检验钢的奥 氏晶粒

×100 参考文献 , 图 6 38CrMoAlA 钢表铁素体晶粒在 4%硝酸酒

Fig.6 The ferrite grain on the surface of 38CrMoAlA steel in [1] JIS G0551-1977，《钢的奥氏体粒度实验方法 》[S], 4% nitric-acid alcohol solution GB/T6394-2002，《金

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""!!!!!!!!!!!!!!!

年《热加工工艺》征订

《热 加 工 工 艺 》,半 月 刊 ,创 刊 于 1972年 ，是国家科委批准出版 、国内外公开发行 的全国性热加工科技杂志 ，涵 盖 铸 造 、锻 压 、焊 接 、金属材料及热理 、工业炉工业域 。 本刊国际标准刊 号 ,ISSNl001-3814，国 内 准

《热 加 工 工 艺 》,半 月 刊 ,是全国首批入选的中文核心期刊;是中国科技论文统计与分析用刊 ,被国内外十余种著名数据库 检 索 收 录 。曾荣获全国优国防科技期刊评比一奖 ,全国优科技刊评比二等奖 ,2001 年光荣入期刊方阵 ,双 百 期 ,，

《热 加 工 艺 》, 月 刊 ,主要读者对象是铸造 、锻 压 、焊 接 、金属材料及热处理 、工 业 炉 、理化检测等相关专业的工程技术 人 员 、管 理 干 部 、技术工人院校师生 。 本 刊 全 年 出 版 24 期 ，每 月 10、25 号 出 ，

52-94， 外 发 行 号 ,SM8143，读者可在当地邮局订阅,也 可 直 接 向 《热 加 工 艺 》杂 邮 购 ，免

地 址陕 西 省 兴 平 市 信 箱邮 编电 话: 44 :713102 : (029)38316273

传 真网 络

68 Hot WorkingTechnolo gy 2010,V ol.39, No.22

实验四 钢的奥氏体晶粒度的测定

实验四 钢的

一、实验目的

1、学会用直接腐

2、掌握用比较法

3、研究加温度保温时及

4、从晶大小的观点出

二、实验原理

在钢铁等多体金属中，晶的大

n =2N ?1

式中：n —显微镜大100倍时，6.45cm 2 (1in2) 面积内晶粒

奥氏体晶粒的大小称奥氏晶粒度。钢中奥氏体晶粒度，般分为1～8等8个等级。其中1级晶粒度晶粒最

奥氏体晶粒的大小对以后冷却程中所发生的转变以及变所得的与性能都有极的影响。因此，研究奥氏体晶粒度的测定及其化规律在科学研究及业生产中都有着

1、奥氏体晶

奥氏体晶粒按其形成条不同，通常可分为起始晶粒、际晶粒与质晶粒三种，它们的大小分别以起晶粒度，实际晶粒与本质晶粒

（1）起始晶粒度

在临界温度上，奥氏体形刚刚

晶粒度决定于奥氏体变的形核率（n ）及线生速度（c ）。每一平方毫米面积内奥氏晶粒的数目N

?n ?N =1. 01?? ?c ?12

由上式可知，n 大而c 小，起始粒就细小。若n 小

在一般情况下n 及c 的数值决定原始织的形态和弥散程度以

由于在珠光体中存在着大量奥氏体形核部位，n 大。故奥氏体的起晶粒总是较细小的。如果加热速度快，则转变被推向高温，氏体起始晶粒更加细化。是为，随着加热速度的增大变温度升高，虽然核n 和c 都大，但n 比c 增加的幅度更大。表4—1示出钢在加热时，奥氏体的n 与c 值与加热温度的关系，由表4—1中的数可知。相变

表4—1 氏体形核（n）和线生

形核率（n ）（个/毫米3?秒）——61600 线生长速度（c ）（毫米/秒） 应当指出，奥氏起始晶粒随加热速度的增大而细化的现象，只是在加热速度不时比较明显。当加热度很

表4—2 加热速度对

加热温度（淬火后铁

加热方法

素体消失温度） 起始

炉内加热℃℃

2℃℃8℃℃200℃℃感应加热

1 000℃00℃

这可能是由于在快速加热时，转变被推向高温(大于800℃)，奥氏体的核不仅可以在素体与渗碳体的交界面上成，且可以铁素体晶内嵌镶块的边界上形成。铁素体的含碳量虽然低，但铁素内碳的分布是不均匀，碳原子都集中在嵌镶块边界。实测嵌镶边界上的碳度或0.2—0.3% 。由Fe —Fe 3C 状图可知，这样的区，对应的奥氏体形温度为800～840℃（实验明嵌镶块边界的厚度亦远于该温下临界晶核的尺寸）。因此，只要加热速度足以把转变温度提高到述范围，则奥氏体核除在铁素与渗的分界面上形成外，还将在铁素体嵌镶块边界上大量形成，增加了形核率，而使奥氏体晶粒进一步化。但，当加热速度继续增大，使转变温度超过840℃，因不能继续出现新的核部位，奥

上述关于加热速度的影响，是限制在常的普通加热速范围之。近几年来，随着科学技术的发展，现了加热速度高于1000℃/秒的所谓“超快速加热火法”，如超高频脉冲加热，激光热或电子束加热等方法。经过这些方法加热以极的令速淬火，得到的组织极细，至在30倍的电子显微镜下观察，仍看不清

（2）实际晶粒度

在热处理（或加工）的某一具体热条下所得到的奥氏体晶

奥氏体变终了后，若不立即冷而在高温停，或者继升高加热温度，则奥氏体将长大。因为上述过程在热处理时是不可避免的，所以奥氏体开始冷却时的粒（实际晶）总要比起始晶大。实际晶粒度除了与起始晶粒度关外，还与奥氏体状态停留温度及时间有关，在快加热时，与加热速度和最终加热温度有关。当加热温度相同时，加热速度越大，实际奥氏晶粒越细小。 奥氏体晶粒的长大是自发的，因为减少晶可以降低表面能。如果存在阴碍晶粒长大的因素而又给以足够的时间，则原则上说应能长成一单奥氏体。但是由于存在一些阻碍奥晶粒长大的因素，所以当达到一定尺寸后就不再长大了。奥氏体晶粒的长大是通过大晶粒小晶粒行的。在长大阶段晶粒大小是不匀的。等各个晶粒都趋向同一大小时，晶粒长大。要使粒进一步长大，必须提高温度。实验证明，加热度越高，晶粒长大越快，最后得到的粒也越粗大。然，快速加热时，虽起始晶粒较细小，但如控制不好（热温度过温时间过长），则由于所处的温度较高，奥氏体极易长大。 为什么温度定时，奥氏体晶粒长大一定大小不再继续长了？为什么有的钢奥体晶容长大，而有的不易长大？对于这些问题目前一般都用机械阻碍理论来解释。认为钢中存在一些难溶的化合物，分布在奥氏体晶界上，阻碍了奥氏体晶粒的大。只有当温度进步提高，一部分化合物溶入氏体后，奥氏体能续长大。长大到一定程以被尚未溶解的化合物所阻碍，不能再长大。只有再提高温度才能进一步长大。由于不同钢的化学成份及冶炼方法，这样导致的钢奥氏

（3）本质晶粒度

把钢材加热超过临界点以的某

为930℃保温8小时），奥氏体所具有晶粒大小称

为奥氏体质晶粒度。

对于一般材来讲，不

退火、正、渗碳等，

如果在930℃保温8

图4-1 奥氏

1. 本质细晶钢 2. 本粗晶粒 大，则在热处理过

粒。本质粒度即标志

着温度的升高奥氏体晶粒的长大倾向：奥氏晶粒显著长大的（得到氏体晶粒为1—4级），定为本质粗晶粒钢；奥氏体晶粒大不显著钢（得到的奥氏体晶粒度5—8级），定为本细晶粒钢。必须指出，本质粒度只是反映了930℃以下奥氏体晶粒长大的倾。超930℃以后，本质细晶粒钢的奥氏实际晶粒度能比本质粗晶粒钢的实际晶粒度还粗（

2、研究奥氏

奥氏体晶粒度对钢的性能有重要的影响。通常认为，质晶粒度钢的工艺性能响很大，对其使用性能的影响常常是间接的，而实际晶粒度则对钢使用性能有着更直

(1)实际晶粒度

实际晶粒度粗大往往使钢的机械性特别是冲击性、劳性能降低，实际晶粒度细小可以高钢的屈服强度、正强度、疲劳强度，同时钢材具较高的塑性和冲击韧性，并能降低钢的脆性转变温度。因此在制定理工艺时，在一般情况下应量设法得细小的奥氏体晶粒。按目前

对结构

钢来说仅能使奥氏体晶粒细化到8级，很难再一步细化。晶粒细化到10级以上（d ＜10—2毫米）则为超细晶粒。用来获这种超晶粒的特殊的加工处理方法称为超细化处理。近年的研究工作表，采用超细晶粒化处理方法，可以使氏体晶粒细化到15级使铁

从实验数据还知道，将合金结构钢的奥氏体晶粒度9级细化到15级钢的屈服度（调质状态）从115kg/mm2提高到142kg/mm2, 并使它的转变温度从—50℃下降—150℃；将低碳钢铁素体晶粒从8细化到16级钢的屈服强度（退火状态）从20kg/mm2提高到55kg/mm2， 将碳素工具钢的奥氏体晶粒度从8细化到15

图4—2钢的

（多次快速加

放

大100倍后一平方

重复处理次数

图4—5热速度、重

图4—6钢的超晶粒处理艺（形变热处理） 细化能提钢的综合力学性能，这是当前热处理中使钢的强度和韧性时得到提高的

现有使奥氏体晶粒超细化的工方法很多，如快速循环加淬火、循热回火、快速热及形变热处理等。它们的工艺曲线分别示于

下面将较为典型的奥氏体晶粒超细化理方法介绍如下：根据α→γ→α次循环相变，可使氏体粒细化的原理，40Cr 钢加工成φ20×3的薄试样进行了超细化处理，了便于较晶粒的大小，其热理工艺了三种，图4—7(a)、(b)、(c)所示。据4—7(a)的热处理工艺曲线试样盐炉加热到840℃保温2分钟后立即水至室温，经测定晶粒度为7～8级之间，如图4—8(a)所示，其硬度为HRC60。图4—7(b)所示工艺将试样加热到840℃保温2分钟后立即淬入水冷至室温，然后再入760℃的盐炉中加热保温2分钟立即淬入水中冷至室温，再放840℃

温度

时间分 时间分 a) b) 时间分 c)

图4—8(a）40Cr 1加热冷却 氏体晶粒大小×400（4/5） 图4—7 1次，3和5次循环热处理工艺 a.1次加热冷却，b.3次加热冷却，c.5次加热冷却 图4—8 (b）40Cr 3次

8 (c

）

40Cr 5次加热冷却

水冷至室温。经过测定奥氏体的晶粒度为9～10级，如4—8(b)所示，其硬度为HRC60.5。图4—7(c)工艺线理试样比图4—7(b)多环了两次，测得的奥氏体晶粒度达到11～12级如图4—8(c)所示，其硬度为HRC61。从实验的结果看出经过循环理后晶粒到细化，硬度略有提高，而且循环次

(2)本质晶粒度

本质晶粒度对钢的性能的影，主要表现在工艺性能方，而且涉及面也比广泛，从成热加工，预备热处理到最终热处理，从普通热处理到复的化学热处理，本质晶粒度显了它的作用。表4—3即出质晶粒度钢的各种工性能的影响。从表4—3可以清楚看出本质晶粒度对钢的工艺性能的影响是非常复杂的。为了保证材工性能与机械零件的使用性能必须对晶粒度进行究，掌握它的化规律及测量方法的技能，这样可以挖掘出钢材的

3、奥氏体本

钢在临界温度以上直接测奥氏体晶大小一般是比较困难的，而奥体在冷却过程将发生相变。因此何在室温下（即在冷却转变后）显现奥氏体晶粒的大小，是需要解决的问题。通常可用以下几种方法来测

(1)渗碳法

适用于测定渗碳钢的本质晶粒度。测定时试样经特定规范的热处理，其过程为表面氧化脱碳的渗碳钢装入40%BaCO3+60%木炭的渗碳箱中密封之并置入930℃±10℃的炉中，保温8时，然后随炉以50℃/时速度慢冷至600℃以下，再空

表4—3 本质晶粒度

锻造

在监界温度

倾向于粗化

以 上 加 热

冲击韧性低；较好的

但表面粗糙，弹性极限较低

工具钢退火

淬火加热

淬火冷却

裂

渗碳时

渗碳后

面硬度均匀 渗碳速度快，层较深 允温度范围窄 本质粗粒 淬透性大，软点倾向小易于变形及开中易脆，需重细化中心处； 处理后试样表层含碳量达过共析成，经磨制（标准定至少磨去2米深）、抛光和浸蚀（浸蚀剂可用4%硝酸酒精溶液或4%味酒精溶液）后，即可得到如图4—9所示光体+网状碳体组织。图4—9中渗碳网所包括的面积

在操作中，渗碳剂严格干燥，渗碳箱须仔密封，碳后必须缓慢冷却。当渗浓度不足时磨

虽然渗碳法适于测量渗碳钢本质晶粒，但在实践中沿晶界析出的碳化网有时不连续，有时会出现奇异的“大晶粒”、或大晶粒套小晶粒的混合等问题，给正确确定奥体晶粒带来了不少困难，同时碳所需时间长，耗费人

(2)氧化法

适用于测定各种钢的本质粒度。这种方法需将试样进行处理：将磨、抛光后的试样放入硼砂槽或其他盐浴，加热至930 ℃±10℃，保

111再放入930℃±10℃的BaCl 2+NaCl +CaCl 2的浴热腐蚀2

煤油中冷却；进行短时间抛光，蚀（用4%苦味酸酒精溶

生产实践中也常用一种更简单方法，即磨光（可用03～04号细砂纸）的样埋入生铁屑在930℃±10℃炉中保温3小时后取出在空气中氧化瞬间（几秒钟），随之淬入水，再用细砂纸磨光、抛光腐蚀

图4-9 经浸后晶界上呈黑色的碳

大小×100

经常因氧化过或磨掉深度过使奥

镶块边界也与晶间一同被氧后并显示，同时试样也容易受奥氏体化前期低氧化的影响，往往在试样表层遗留细晶的假相。若加热时保护不当产生全脱碳区，也要出现假的晶粒。因此，在氧化法作中，应严防加热及保温过程中

(3)网状铁素体法

网状铁素体法适用于测定共析钢的奥氏体晶粒。其过程将试样加热930℃±10℃，保温3小时后再据钢种不同，选择

图4-11 45钢加热至930℃±10℃保温3小时 空冷

图4-12 T8钢经蚀

冷、油冷、空冷、炉冷或等温却等），试样冷却。试样处理后，用硝酸或味酸酒精溶液，以便显示出围拢在蚀变黑的组织（珠光体、贝氏体或马氏体）周围的网状铁素体（图4—11所示）；铁体所挠面积的尺寸即为原奥氏

(4)网状珠

网状珠光体法适用于淬透性不大的碳素钢及合金钢。奥氏晶粒的量，将试样在930℃±10℃炉内加热，温3小时后，将试样一入水中。冷却后在试过渡带可晰地看到绕在马氏体周围的黑色屈体组织，它所环绕的面积，即为原奥氏体晶粒。如4—12所示。试样热处理后，磨去脱碳，抛光后

适用于测定过共析钢的奥氏体晶粒。试验时将试样加热至930℃±10℃，3小时后冷却到600℃（冷却速度为80～100℃/小时），使碳化物奥氏体晶界析出以显示晶大小。经上述热处理的

应使用硝

精溶液腐蚀。 (6)直接腐蚀法

直接腐蚀法也叫晶粒边界腐蚀法。此法用于测定淬火得到的马氏体或贝体组织的钢的奥氏体粒度。试样不经磨制可进行热处理：将试样加热至930℃±10℃，保温3小时后冷，然后去脱碳层制成金相样，含0.5～1%烷磺酸盐的100克苦味酸饱和水溶腐。由于晶粒界被腐蚀变黑即可以测奥氏体的晶粒度。得结果如图4—13示。为了得到更清晰的组织，试样可经二次或三次腐蚀、抛光重复操作；或将蚀剂热到50℃±10℃后进行热腐蚀。也可先将试样在烷基苯磺酸钠饱和苦味酸溶液中浸蚀，经光去掉表面黑膜，再用饱和苦味酸洒精溶液腐蚀再次轻微抛光后即可

将试样磨制、抛光后装入真炉炉

图4-13轴承钢用直接腐

图4-14 用真

至930℃±10℃，温3小时随炉冷至200℃以，停止扩泵，继续随炉冷至室温。出炉后可

抛光试样在高温高真下，由于晶界上晶格畸，并浓聚大量杂质便发生了选择性的挥，因而在晶界

一般认为这

的。但由于设备条限制，生产中很少使。当炉真空度不够时也有可能因

在上述几种测定奥氏体晶粒度的方中，直接腐法和真法在试验中钢表面的化学成份不生变化（相对于渗和氧化法），也不受晶界过剩相（铁素体或渗碳体）或组织（屈氏体）的干扰，因而所显示的晶粒度较近实际尺寸。另外，直接腐法对实用的设备没有特殊要求，是值得

上述几种测奥氏体本质晶度的

体热处理条件的实际晶粒度，其区

7级

图4-15

8级

4级

5级

6级

1级

2级

3级

4、奥氏体

在经上述方法之一备的金相试样上，即进行氏体晶粒度的测定。常用

1、比较法

在用比较法评定钢的晶粒时，在100倍显微镜下直接察或投射在玻璃上。首先对试样作全面观察，然选择其晶粒度具有表性的视场与

4—15（YB27—64中的第一标准级别图）比较，定出试样的粒度，与标准级别图中哪一级晶粒大小同，则后者的级别定为试样的晶

试样上的晶粒经常是不均匀的，大晶粒或晶粒如属个别现象可不予考虑，若不匀现象较为普遍，则当算不大小晶在视场各占百分比，如大多数晶粒度所占有的面不于视场的90%，则只一个晶粒号数来代表被测试样的粒；否试样的晶度应两个或三个级别号数表示，前一个数字表优势的晶粒度。例如试样上晶粒大多是6，少数是4级时，即为6～4级。 在有些况下，在100倍观察被测试样的晶粒大于1级或小于8级，为了准确评定其大小，在降低增高大倍的条件下与标准级别图对照，再按表4—4的数据换算成100倍下晶粒级别。例如某试在100倍下观察晶粒比1级还大，即可在50倍下观察，与标准级别图对是2级，

表4—4 不同

300 400

— —

——

——

——

——

—

2、弦计算法

这种测量方法较复杂，只有当测的准度要求较高或晶粒为

测量等轴晶粒时，先对试样进行初步察，以确定晶粒的均匀程度。然选择具有代表性部及显镜的放大倍数。倍数的选择，以在80毫米视野直内不少于50个晶粒为限。之后将选部位的组织投影毛玻璃上，计算与玻璃每一条直线交截的晶粒数目，（与条线相交截的粒应不少于50）也在带有刻度的目镜直接进行。测量时，直线端部未被完全相交截的晶粒应以一个晶粒计算。相同步骤的测量最少应在三个同部各一次。用相截的晶粒总数除以直线的总长度（实际长度，以米计算），得出的平均长度（毫米）。再根据弦的平均长度查表1—10即可确定的晶粒度

（1）用直接腐法显示奥氏体晶粒。 （2）掌握用比较法评定奥

1、每人领取40Cr 试样一块。

2、将40Cr 试样放入930℃±10℃的

3、将已热处理的试样进行磨光制金相样，抛光后用饱和苦味

2、腐蚀剂晶界腐蚀出来，将

不清楚，样可经二次

3、用比较测定晶粒的大，

1、描述试验过程。

2、试验所得

注意事项：掌握合适的磨去量，试热处理后磨量是否显示奥氏体晶粒的关键：磨去量少，只能看见氧；磨去量太多，会将氧化界全部掉。可以有意把试样表面磨去一个倾斜面，一部分表面光亮，一部暗黑，这样再过渡区即可找合适磨的部位，经抛光、腐蚀后在金

转载请注明出处范文大全网 » 钢的晶粒度测定