金屬材料扯淡時間（四）----形核與長大

扯淡時間開始！更多扯淡請關注公眾號：二伯說事（微信號erbaishuoshi）。正經的這裡說，不正經......

書接上文，奧氏體化的過程是能量造成的結構平衡改變的過程，那麼奧氏體化之後怎麼發展呢？有人在分析熱處理或者材料性能的時候有個誤區，那就是如果熱處理過了奧氏體化溫度，比如說Ac3，就理想的認為全部奧氏體化了，鋼種的所有元素都均勻了，重整河山啊~~待後生。。實際上沒有考慮時間的問題，也有人根據尺寸算奧氏體化時間，比如10mm厚的材料50分鐘就ok了，這在工業上本身沒有錯，在有效的基礎上以最短的時間提高效率，同時減少因氧化而造成的一系列問題。

但在道理上，不能將溫度到了，時間夠了就覺得一切ok了，就覺得已經重整河山了，和最終的性能無關了。有心人通過不同的奧氏體化溫度和時間進行試驗來對比產品的性能，開始是力學性能比如屈服強度，後來研究硬度變化，從而研究屈強比（硬度和抗拉強度有一定關係），再然後研究抗腐蝕等其他性能與熱處理的關係，再然後控制殘餘應力、控制強度穩定性、控制衝擊韌性穩定性，甚至控制韌脆轉變（凡是認為韌脆轉變只和成分有關的都是流氓！），通過系列的試驗，發現熱處理是門學問，當然，熱處理的學問大框架上更為廣泛，僅僅通過溫度時間來控制只是冰山一角，但已經學問不小了。可是這裡面的玄機是什麼呢？

扯扯奧氏體化的過程，開始形核（原始狀態容易形核的地方，如晶界交叉的地方）、C的擴散、合金的擴散、結構趨於面心、均勻化過程中、結構趨於穩定面心、形成奧氏體初始晶粒、晶粒內均勻化、部分晶界消失、奧氏體晶粒長大、繼續均勻化、停止加熱、開始冷卻。基本上就是這個步驟。

這裡涉及到幾個關鍵點，首先是形核，第一次扯淡的時候就說過，任何改變總是發生在最容易改變的地方，晶界有大量的空位可以任由各類原子動來動去，形核的根本是有序化的開始，原來相對無序的晶界因為容易移動而成為有序化的開始。大量空地開發房地產永遠比市中心的窩棚區容易的多！因此！形核量的多少是決定奧氏體初始晶粒度的決定因素，換句話說，材料在熱處理前的狀態會直接影響奧氏體化後的狀態，二次熱處理晶粒更細就是這個道理。搞材料也要講因果報應的！！

材料隨著加熱速度的不同，形核量是不同的，國家一下子投入了4萬億，那建築行業、鐵路行業遍地生花，攔都攔不住，要不能量沒地方放啊。你慢慢悠悠的零存整取，那隻能一年買個廁所的狀態慢慢形核了。二伯當年玩感應熱處理的時候隨便得到的晶粒細的感動到哭啊！！不就因為加熱速度快么。

形核也就是C和合金開始擴散的過程，C相對擴散更快更廣，學術上可以用擴散係數來解釋，擴散係數通俗講無非就是在某個濃度梯度下，你經過一個界面的量，量越大越好擴散。和飯館道理差不多，菜量大的我就喜歡去，沒有理由！但二伯非常抵觸用一個名詞解釋另一個名詞這種牽強的做法。

C容易擴散的原因就是它比別的原子小，能在衚衕裡面鑽來鑽去！！晚上7點鐘的北京二環路鉻鉬釩等汽車擠得一塌糊塗，前進的方式往往要靠技術超過另一輛車佔據更接近家的位置，而C的小黃車來去自由啊。另一個容易擴散的原因是原子間結合力低，自由狀態下容易跑啊，太容易出軌了！於是在其他合金目視下C最先趨近均勻化。當然這樣說只是比喻啊，因為有些碳化物還是很頑強的，經過了熱處理過程，它沒有變！就是說它沒有溶解也沒有擴散，所以奧氏體化後碳化物或者說析出相都溶解進奧氏體這種說法打死你也不能信啊！

小原子如C、N、H、O等都在材料體內亂竄是因為小，大部分合金元素特別是和Fe體積差不多（原子量差不多）的汽車就只能乖乖的通過置換擴散了，在材料的世界裡，不管你是不是電動的，都要排號！都要抽籤！至於擴散的程度就要看擴散係數。。啊呸，要看你的相對體積和被束縛力了，也就是體型和能量了，於是鄰居美女的smart鑽來鑽去的好快啊，那些載重30噸的大貨有心無力慢慢踩離合玩吧；於是都是小型車，蘭博基尼嗡嗡的飛嘯而去，二伯的N手夏利只能流著口水一步一蹭。

奧氏體初始晶粒隨著擴散的進行而形成，這時候能量仍然沒有停止供給，於是開始長大，也就是部分奧氏體初始晶界要消失。根據成分的不同（也就是參與擴散的合金不同）部分晶界要不要消失，奧氏體晶粒要不要長大是個問題！材料人都聽過本質粗晶粒鋼、本質細晶粒鋼。。。也聽過那首SHE的《不要長大》

我不想我不想不想長大

我不想我不想不想長大

咳咳，奧氏體長大的過程就是部分晶界消失的過程。本來兩個奧氏體晶粒相遇，交界面上由於道不同而無法再有序連接，形成晶界。我這裡再重複一下晶界的概念，算了，還是看圖吧。

晶界上都是求同存異的，奧氏體長大的過程就是有足夠的能量使這些無序化的晶界有序化了，老大一聲令下dayuejin！就問你服不服？或者是看似有序化了，比如以亞晶界存在，你不能說它是兩個晶粒了，它已經可以看作一個了，於是晶界消失，奧氏體晶粒合併，宏觀上看它長大了，仔細看是兩個人穿一件衣服冒充胖子。網上有奧氏體長大的視頻，建議大家看看，雖然是微觀世界，但足以讓人震撼，二伯曾經看過一個大漢王朝擴展的版圖flash，那叫一個人擋殺人佛擋殺佛！！

如果有足夠的能量和時間，所有的奧氏體晶粒都會長大！！所謂本質粗、細晶粒鋼的叫法是有前提的，是在一定的環境下奧氏體晶粒長大的趨勢，因此不能混淆概念，不是說本質細晶粒鋼就不長大，晶粒就不會合併，只是長大的難度比較大而已。

奧氏體晶粒的長大怎麼理解呢，要從反的方向看更為易懂。也就是說容易長大的是因為它的阻力更小，不容易長大的是因為阻力大！！阻力在哪裡，從晶粒長大的過程就能看到，就在晶界的力量！就看把守晶界的是哪路神仙。

兩個晶粒相遇，小原子就不說了，大個的傢伙如果都是Fe，大家一家人其樂融融就合併了，你非要弄個法西斯和猶太，那就水火不容了。額。。。晶界的道理還不僅是這些啊，重點在碳化物！！！二伯搞透射電鏡的時候見過太多的晶界碳化物，可以說晶界上都是這玩意，上面你們看的晶界圖太美化了。說到晶界碳化物有人問了，奧氏體化不是把碳化物都融了么，你這裡又說什麼意思？ 你前面絕對沒有好好學習！

小朋友你們也不要被純鐵素體轉變為奧氏體的視頻誤導，覺得奧氏體長大就是簡單的晶界消失，哈哈哈！碳化物可以單獨寫一本書，所以這裡不細說了（沒錯，你猜到了，二伯說不明白），繼續講道理。

插播一下常識：合金和C會形成碳化物，同樣狀態下形成是有順序的，材料人都學過課本，知道強碳化物形成元素、弱碳化物形成因素和不與C形成碳化物的元素，why？why？why？The answer my friend is blowing in the wind......容易形成碳化物的元素電子外層是不滿的！！！越不滿越容易和C結合。簡單的說就是空虛！空虛寂寞冷！小夥子們，老哥告訴你們，追女孩子就要在她最脆弱，最空虛的時候拿出你的魅力，事半功倍啊，要是她萬般寵愛於一身，你就慢慢等著吧，天天送花你也送不過高富帥。

外層電子這個概念。。。念過高中的你我就不解釋了吧。研究一下元素周期表，看看外層電子數，大概你就知道那些和C容易結合了，回頭你再看看鋼的成分，一目了然了吧。至於和奧氏體長大的關係，下次再扯，今天扯的太多了，步子不能邁太大，容易扯著那什麼。。

晚安！