2、鐵素體晶粒細化方法
從強韌化觀點出發(fā)，晶粒細化是最重要的強化方式之一。
晶粒細化一般包括相變前奧氏體細化或位錯化、奧氏體內(nèi)部增加形核質(zhì)點和相變冷卻細化等。利用結(jié)晶生核、長大現(xiàn)象進行晶粒細化時，臨界晶核尺寸大小成為晶粒細化極限的大體目標。臨界晶核的尺寸是形核驅(qū)動力的函數(shù)，驅(qū)動力越大，臨界晶核尺寸就越小。通常情況下，相變時的驅(qū)動力比再結(jié)晶時的驅(qū)動力大很多。因此，利用相變時得到很細小的臨界晶核尺寸，再控制冷卻速度，就可使鋼鐵材料組織超細化。
對于低碳微合金鋼而言，發(fā)生奧氏體向鐵素體相變時，應盡可能生成大量晶核。對于新一代鋼鐵材料，所采用的相變細化晶粒(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)動力，提高鐵素體相的形核率，從而達到細化晶粒的目的;
(2)細化母相奧氏體
利用澆注時增加奧氏體相的形核率，達到細化母相奧氏體的目的，從而使固態(tài)下鐵素體相得以細化;
(3)形變誘導鐵素體相變(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密度提高，在冷卻中，提高鐵素體相的形核率，達到細化鐵素體相的目的，此時應避免軋制過程中奧氏體再結(jié)晶，使奧氏體軋制過程動態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，得到細晶鐵素體;
(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，達到細化鐵素體相的目的。
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形核的驅(qū)動力，方法(2)、(3)、(4)是增加鐵素體的形核位置。
通過對鋼鐵材料微合金化可以有效地細化晶粒，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，同時可降低在一定溫度下晶粒長大的速度；二是一些強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的化合物，它們對晶粒的長大起強烈的阻礙作用。這些強碳氮化合物形成元素主要通過下列幾種機制細化鐵素體晶粒：
(1)阻止加熱時奧氏體晶粒的長大
Nb, Ti, V等微合金鋼在鍛造或軋制前加熱時，未溶解的微合金碳氮化合物質(zhì)點釘扎奧氏體晶界的遷移，阻止其晶粒長大，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，為進一步細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，通過應變誘導析出的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)晶后晶粒的長大，起到細化晶粒的效果。這是因為熱加工過程中應變誘導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、亞晶界和位錯線上，從而能有效地阻止晶界、亞晶界和位錯的運動，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)晶過程的進行。
(3)鐵素體相變后的沉淀強化作用
奧氏體形變后，將發(fā)生鐵素體相變，這時將有大量的彌散微合金碳氮化合物粒子析出，這些析出的粒子對鐵素體晶粒同樣也起釘扎作用，限制其長大。另一方面，這些粒子也起沉淀強化作用，提高鋼鐵材料的強度。研究表明，微合金碳氮化合物析出粒子的大小及其體積分數(shù)對鐵素體晶粒尺寸起決定作用，析出粒子越小，體積分數(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數(shù)和較小的尺寸是晶粒細化過程中的一大目標。
文章摘自：每天學點熱處理
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