混晶是指晶粒度大小不一的混杂在一起。通常把相差3-4级晶粒度的晶粒同时出现在金相组织当中的情况，就认为发生了混晶。当大晶粒所占比例超过10%时，将容易造成机械零件的早期失效。
以ZF7钢零件为例，渗碳硬化层深度要求在1.2-1.9mm513HV1，钢的化学成分见表1，分析样品均位于加热室中心位置（见图1）。
01 实验方案
根据经验或现有的生产工艺，设计了4种实验方案（表2）。
根据相关标准：以晶粒度≥5级，可以接受3级和4级的面积百分比不超过观察视场面积10% , 没有＜3级的晶粒出现的金相组织判为没有混晶。
02 实验
1）慢速升温的渗碳淬火工艺流程
加热输出功率由90%降至75%，升温时间4h，经940±5℃渗碳840min降温直接淬火，得到的金相组织存在混晶（图2），不符合标准要求的≥5级晶粒度。
2）升温过程增加770℃等温后快速升温的渗碳淬火工艺流程
加热输出功率按90%升温，过程中增加770℃×1h的等温，升温时间2h+770℃等温1h，经940±5℃渗碳840min降温后淬火，得到的金相组织存在混晶（图3），不符合标准要求的≥5级晶粒度。
3）渗碳缓冷+一次加热淬火
整炉产品经940渗碳630min并降温至880±5℃均热后，搬入前室缓冷90min，工件温度降低至300±50℃，再进行一次加热淬火，得到的晶粒度≥5级（图4），符合标准要求。
4）快速升温的渗碳淬火工艺流程
整炉产品经450℃预热处理后进炉，加热输出功率提高至100%，升温时间1.5h，经940±5℃渗碳840min降温后淬火，得到的晶粒度≥5级（图5），符合标准要求。
03 讨论
1)渗碳后缓冷+一次加热淬火改善晶粒度
在940±5℃渗碳得到一定渗层和碳浓度梯度后降温到600℃以下，奥氏体转变为珠光体团+铁素体，再加热到淬火温度淬火。在降温过程中奥氏体中的碳化物粒子析出，再次加热时，由于加热温度远低于渗碳温度，弥散分布的碳化物粒子将不会溶解或少量溶解，对奥氏体晶界产生钉扎作用，限制了奥氏体晶粒的长大。同时在降温和升温的组织转变过程中，奥氏体晶粒得到重新形核长大，渗碳时产生的不均匀晶粒将得到了改善。
2)快速升温改善晶粒度
根据形核长大的相变理论，在Ac1以上一定温度范围，奥氏体晶核先在珠光体内形成，稳定长大至相邻晶粒的晶界接触，形成奥氏体初始晶粒。奥氏体初始晶粒度决定于形核率N和长大速度G的比例，加热速度快，奥氏体形核率大，长大速度相对形核率较小，即形核率N和长大速度G的比值N/G就越大，将获得更多的起始晶粒。在一定时间内形成晶粒数量越多，奥氏体晶粒将不可能充分长大。且弥散质点的分布有利于阻止晶粒长大，所以均匀细小的初始奥氏体晶粒在高温长时间保温也不会明显长大。
04 结论
1）升温速度慢、升温时间长，升温过程的某一温度区间形核率N和长大速度G的比值N/G小，早形核、先长大的晶粒吞并后形核、未充分长大的细小晶粒，是导致热处理后出现混晶的因素之一。
2）采用渗碳缓冷+一次加热淬火的工艺，能够避免出现混晶，但增加处理周期和能耗，综合成本提高。
3）提高预热温度至450℃，缩短在加热炉的升温时间，提高升温速度，可以避免出现混晶，且处理效率有一定提高，综合成本降低。
