2、鐵素體晶粒細(xì)化方法

從強(qiáng)韌化觀點(diǎn)出發(fā)，晶粒細(xì)化是最重要的強(qiáng)化方式之一。

晶粒細(xì)化一般包括相變前奧氏體細(xì)化或位錯(cuò)化、奧氏體內(nèi)部增加形核質(zhì)點(diǎn)和相變冷卻細(xì)化等。利用結(jié)晶生核、長(zhǎng)大現(xiàn)象進(jìn)行晶粒細(xì)化時(shí)，臨界晶核尺寸大小成為晶粒細(xì)化極限的大體目標(biāo)。臨界晶核的尺寸是形核驅(qū)動(dòng)力的函數(shù)，驅(qū)動(dòng)力越大，臨界晶核尺寸就越小。通常情況下，相變時(shí)的驅(qū)動(dòng)力比再結(jié)晶時(shí)的驅(qū)動(dòng)力大很多。因此，利用相變時(shí)得到很細(xì)小的臨界晶核尺寸，再控制冷卻速度，就可使鋼鐵材料組織超細(xì)化。

對(duì)于低碳微合金鋼而言，發(fā)生奧氏體向鐵素體相變時(shí)，應(yīng)盡可能生成大量晶核。對(duì)于新一代鋼鐵材料，所采用的相變細(xì)化晶粒(奧氏體→鐵素體)有以下四種方法：

(1)加快冷卻速度

加快冷卻速度增大過冷度，可以加大形核驅(qū)動(dòng)力，提高鐵素體相的形核率，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的;

(2)細(xì)化母相奧氏體

利用澆注時(shí)增加奧氏體相的形核率，達(dá)到細(xì)化母相奧氏體的目的，從而使固態(tài)下鐵素體相得以細(xì)化;

        (3)形變誘導(dǎo)鐵素體相變(在加工硬化的狀態(tài)下使奧氏體相變)

通過大量形變，使奧氏體相中的位錯(cuò)密度提高，在冷卻中，提高鐵素體相的形核率，達(dá)到細(xì)化鐵素體相的目的，此時(shí)應(yīng)避免軋制過程中奧氏體再結(jié)晶，使奧氏體軋制過程動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，得到細(xì)晶鐵素體;

(4)使奧氏體晶粒內(nèi)彌散分布適量的析出相和非金屬夾雜物

利用某些元素在奧氏體相中形成析出相，如碳、氮化合物，或利用某些非金屬氧化物、硫化物等，作為鐵素體在奧氏體相中非均勻形核的現(xiàn)成表面，降低形核功，提高形核率，達(dá)到細(xì)化鐵素體相的目的。

總之，以上四種方法，方法(1)是通過提高冷卻速度以增大過冷度來提高相變時(shí)形核的驅(qū)動(dòng)力，方法(2)、(3)、(4)是增加鐵素體的形核位置。

通過對(duì)鋼鐵材料微合金化可以有效地細(xì)化晶粒，其原因可分為以下兩種情況:一是一些固溶合金化元素(如W , Mo等)的加入提高了鋼的再結(jié)晶溫度，同時(shí)可降低在一定溫度下晶粒長(zhǎng)大的速度；二是一些強(qiáng)碳氮化合物形成元素(如Nb, Ti，V等)與鋼中的碳或氮形成尺寸為納米級(jí)的化合物，它們對(duì)晶粒的長(zhǎng)大起強(qiáng)烈的阻礙作用。這些強(qiáng)碳氮化合物形成元素主要通過下列幾種機(jī)制細(xì)化鐵素體晶粒：

 (1)阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大

Nb, Ti, V等微合金鋼在鍛造或軋制前加熱時(shí)，未溶解的微合金碳氮化合物質(zhì)點(diǎn)釘扎奧氏體晶界的遷移，阻止其晶粒長(zhǎng)大，因而使微合金鋼在壓力加工之前就具備了較小的奧氏體晶粒，為進(jìn)一步細(xì)化鐵素體晶粒提供了有利的條件。

 (2)奧氏體形變過程中阻止奧氏體再結(jié)晶

在奧氏體形變過程中，通過應(yīng)變誘導(dǎo)析出的Nb, Ti, V的碳氮化合物沉淀能抑制形變奧氏體再結(jié)晶和再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒的效果。這是因?yàn)闊峒庸み^程中應(yīng)變誘導(dǎo)析出的微合金元素的碳氮化合物粒子優(yōu)先沉淀在奧氏體晶界、亞晶界和位錯(cuò)線上，從而能有效地阻止晶界、亞晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，其作用不僅能阻止再結(jié)晶過程的開始，而且還能抑制再結(jié)晶過程的進(jìn)行。

 (3)鐵素體相變后的沉淀強(qiáng)化作用

奧氏體形變后，將發(fā)生鐵素體相變，這時(shí)將有大量的彌散微合金碳氮化合物粒子析出，這些析出的粒子對(duì)鐵素體晶粒同樣也起釘扎作用，限制其長(zhǎng)大。另一方面，這些粒子也起沉淀強(qiáng)化作用，提高鋼鐵材料的強(qiáng)度。研究表明，微合金碳氮化合物析出粒子的大小及其體積分?jǐn)?shù)對(duì)鐵素體晶粒尺寸起決定作用，析出粒子越小，體積分?jǐn)?shù)越大，所獲得的鐵素體晶粒也就越小。因而，努力使析出粒子具有較大的體積分?jǐn)?shù)和較小的尺寸是晶粒細(xì)化過程中的一大目標(biāo)。

文章摘自：每天學(xué)點(diǎn)熱處理