晶粒度及其對(duì)材料性能的影響

晶粒，就其鑄鋼來講，它是液態(tài)鋼水中長(zhǎng)大了的晶核，晶粒度是度量晶粒大小的一個(gè)概念。我國晶粒度評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T6394-2002。方法是將制備好的試樣放在100倍顯微鏡下測(cè)定，視場(chǎng)直徑為0.8冊(cè)mm。測(cè)定時(shí)先對(duì)試樣作全面觀察，然后將有代表性視場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖相對(duì)照，測(cè)得晶粒度級(jí)別。圖1為標(biāo)準(zhǔn)中晶粒度等級(jí)圖

圖1 晶粒度等級(jí)圖

由圖1可知，晶粒度級(jí)別越大，實(shí)際晶粒就越小。其中1-3一般被認(rèn)為是粗晶粒，4-6號(hào)為中等晶粒，7-8號(hào)為細(xì)晶粒。

圖2 金相顯微鏡

晶粒的大小和形狀對(duì)材料的性能有顯著影響。正常來講在常溫狀態(tài)下晶粒愈細(xì)愈均勻，材料的綜合性能愈好，因?yàn)榫ЯＴ叫?，晶界越多。晶界處的晶體排列是非常不規(guī)則的，晶面犬牙交錯(cuò)，互相咬合，因而加強(qiáng)了金屬間的結(jié)合力。所以通過晶粒度的測(cè)定，可初步判斷材料的性能。

1、冷變形金屬重新加熱進(jìn)行退火之后，其組織和性能會(huì)發(fā)生變化。觀察在不同加熱溫度下變化的的特點(diǎn)，可將退火過程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。  

2、退火過程中晶粒的變化導(dǎo)致材料的某些性能和能量也隨之變化。 

3、晶粒細(xì)化是改善材料性能的常用方法之一。通過人工調(diào)控材料成型過程中晶粒的大小以獲得人們所需性能的材料。

圖3控制晶粒方法

控制晶粒方法具體措施為：

1、細(xì)晶強(qiáng)化
2、增大金屬結(jié)晶時(shí)的過冷度：過冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，導(dǎo)致晶粒越細(xì)小。

對(duì)于在常溫下使用的零件，通常是這樣，因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)小則晶界面積越大，對(duì)性能的影響也越大，材料強(qiáng)度越高，而細(xì)晶強(qiáng)化是不會(huì)降低材料塑形的。而對(duì)于高溫下使用的材料，比如高溫合金，反而需要大晶粒或者單晶，因?yàn)榫Ы缣幍膹?qiáng)度相對(duì)低，從而高溫下蠕變嚴(yán)重，所以反而更快失效了。同時(shí)不銹鋼奧氏體中個(gè)別材料對(duì)晶粒也要求并不是越細(xì)越好，如304H、321H、316H等，要求是7級(jí)或更粗的晶粒。

奧氏體鋼經(jīng)過高溫鍛造或軋制，如有較大的變形，原來奧氏體晶粒中原子的排列已被打亂，原子將重新排列組合成新的晶粒，叫做再結(jié)晶。再結(jié)晶后的奧氏體較之才奧氏體晶粒為細(xì)，因此正常的熱變形可使晶粒細(xì)化，但是能否達(dá)到細(xì)化晶粒的目的取決于變形量及終鍛的溫度，若變形量很小終鍛溫度又過高時(shí)，晶粒還會(huì)長(zhǎng)大而粗化。尤其是當(dāng)金屬材料處于粗大的鑄造狀態(tài)時(shí)，只有足夠大的變形量才能使其晶粒細(xì)化，已細(xì)化的奧氏體晶粒，對(duì)超聲波衰減較小，如有一些鍛件廠如鍛904L的一些鍛件感覺已達(dá)到壓縮比但是探傷過不了的一些原因之一。