2、铁素体晶粒细化方法

从强韧化观点出发，晶粒细化是最重要的强化方式之一。

晶粒细化一般包括相变前奥氏体细化或位错化、奥氏体内部增加形核质点和相变冷却细化等。利用结晶生核、长大现象进行晶粒细化时，临界晶核尺寸大小成为晶粒细化极限的大体目标。临界晶核的尺寸是形核驱动力的函数，驱动力越大，临界晶核尺寸就越小。通常情况下，相变时的驱动力比再结晶时的驱动力大很多。因此，利用相变时得到很细小的临界晶核尺寸，再控制冷却速度，就可使钢铁材料组织超细化。

对于低碳微合金钢而言，发生奥氏体向铁素体相变时，应尽可能生成大量晶核。对于新一代钢铁材料，所采用的相变细化晶粒(奥氏体→铁素体)有以下四种方法：

(1)加快冷却速度

加快冷却速度增大过冷度，可以加大形核驱动力，提高铁素体相的形核率，从而达到细化晶粒的目的;

(2)细化母相奥氏体

利用浇注时增加奥氏体相的形核率，达到细化母相奥氏体的目的，从而使固态下铁素体相得以细化;

        (3)形变诱导铁素体相变(在加工硬化的状态下使奥氏体相变)

通过大量形变，使奥氏体相中的位错密度提高，在冷却中，提高铁素体相的形核率，达到细化铁素体相的目的，此时应避免轧制过程中奥氏体再结晶，使奥氏体轧制过程动态转变为铁素体，得到细晶铁素体;

(4)使奥氏体晶粒内弥散分布适量的析出相和非金属夹杂物

利用某些元素在奥氏体相中形成析出相，如碳、氮化合物，或利用某些非金属氧化物、硫化物等，作为铁素体在奥氏体相中非均匀形核的现成表面，降低形核功，提高形核率，达到细化铁素体相的目的。

总之，以上四种方法，方法(1)是通过提高冷却速度以增大过冷度来提高相变时形核的驱动力，方法(2)、(3)、(4)是增加铁素体的形核位置。

通过对钢铁材料微合金化可以有效地细化晶粒，其原因可分为以下两种情况:一是一些固溶合金化元素(如W , Mo等)的加入提高了钢的再结晶温度，同时可降低在一定温度下晶粒长大的速度；二是一些强碳氮化合物形成元素(如Nb, Ti，V等)与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级的化合物，它们对晶粒的长大起强烈的阻碍作用。这些强碳氮化合物形成元素主要通过下列几种机制细化铁素体晶粒：

 (1)阻止加热时奥氏体晶粒的长大

Nb, Ti, V等微合金钢在锻造或轧制前加热时，未溶解的微合金碳氮化合物质点钉扎奥氏体晶界的迁移，阻止其晶粒长大，因而使微合金钢在压力加工之前就具备了较小的奥氏体晶粒，为进一步细化铁素体晶粒提供了有利的条件。

 (2)奥氏体形变过程中阻止奥氏体再结晶

在奥氏体形变过程中，通过应变诱导析出的Nb, Ti, V的碳氮化合物沉淀能抑制形变奥氏体再结晶和再结晶后晶粒的长大，起到细化晶粒的效果。这是因为热加工过程中应变诱导析出的微合金元素的碳氮化合物粒子优先沉淀在奥氏体晶界、亚晶界和位错线上，从而能有效地阻止晶界、亚晶界和位错的运动，其作用不仅能阻止再结晶过程的开始，而且还能抑制再结晶过程的进行。

 (3)铁素体相变后的沉淀强化作用

奥氏体形变后，将发生铁素体相变，这时将有大量的弥散微合金碳氮化合物粒子析出，这些析出的粒子对铁素体晶粒同样也起钉扎作用，限制其长大。另一方面，这些粒子也起沉淀强化作用，提高钢铁材料的强度。研究表明，微合金碳氮化合物析出粒子的大小及其体积分数对铁素体晶粒尺寸起决定作用，析出粒子越小，体积分数越大，所获得的铁素体晶粒也就越小。因而，努力使析出粒子具有较大的体积分数和较小的尺寸是晶粒细化过程中的一大目标。

文章摘自：每天学点热处理