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发表于 2013-7-4 17:15:54
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晶粒度是表示金属材料晶粒大小的程度，它由单位面积内内所包含的晶粒个数来度量，也可用直接测量晶粒平均直径大小（用毫米或微米）来表示。晶粒度级别越高，说明单位面积中包含晶粒个数越多，也就是说晶粒越细。
金属材料或零件的晶粒大小和形状，随材料或零件的加工工艺过程不同可在很大的范围内变化，而不同大小的晶粒对机械性能及理化性能有很大影响，所以在生产实践中往往要控制晶粒大小。
晶粒大小对机械性能及理化性能的影响
生产实践中对于很多钢种，无论在锻造或热处理之后一般不要求检查晶粒度（有些重要零件除外）。因此，容易形成一种错觉，好像晶粒度在零件生产中并不十分重要。其实不然，这是因为从冶炼到成品的整个工艺过程，都采用了细化晶粒的措施。例如，采用Al、Ti等脱氧，或在钢中加入一些能细化晶粒的元素等等，从材料本身保证获得了细晶粒；锻后采用了细化晶粒的正火（或退火）工序，或者进行调质处理进一步细化晶粒。因此，除特殊情况外，各工序之间不安排晶粒度检查。但如果忽略对晶粒度的控制，则产品质量将受到一定程度，甚至严重的不良影响。例如：某厂用45Mn2钢生产的三连环，技术要求环的整体拉断力不小于22吨。但有一批三连环仅能达到14~15吨。分析结果表明，是由于热锻时过热引起粗大经历并出现严重的魏氏组织所致。后来采用正火处理，得到了正常化的细晶组织，性能合格（见实例14）。
18Cr2Ni4WA钢锻件严重过热（产生粗大奥氏体晶粒），出现石状断口时，αk值从10kgf·m/cm²以上骤降至5kgf·m/cm²。
某厂生产的一批铝合金锻件，由于晶粒粗大导致性能不合格而报废（详见实例118）。在锻件上取拉力试样，结果发现凡是抗拉强度不合格的断口均有粗大晶粒。
一般情况下，随着晶粒细化，可以提高金属材料的屈服强度、疲劳强度、塑性和冲击韧性，降低钢的脆性转变温度。因为晶粒越细，晶粒空间取向越多，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，所以能提高强度和韧性。因此，一般要求强度和硬度高、韧性好的结构钢、工模具钢及有色金属，总希望获得细晶粒。
工业纯铁（铁素体）晶粒大小对机械性能有明显影响，随着铁素体晶粒细化，强度与塑性不断提高。
根据研究认为：钢的强度与晶粒平均直径的平方根的倒数成直线关系。其数学表达式为：σ=σ0+Kd-1/2
σ——钢的强度（kgf/mm²），σ0——常数，相当于钢单晶时的的强度（kgf/mm²），K——系数，与材料性质有关，d——晶粒的平均直径（mm）。
实验证明，将合金结构钢的奥氏体晶粒度从9级超细化到15级后，屈服强度（调质状态）从115kgf/mm²提高到142kgf/mm²，并使脆性转变温度从-50℃降到-150℃。将低碳钢的铁素体晶粒度从8级超细化至16级后，屈服强度（退火状态）从20kgf/mm²提高到55kgf/mm²。将碳素工具钢的奥氏体晶粒度从8级超细化到15级后，其硬度（低温回火状态）从63.5HRC提高到65HRC。
晶粒度对钢的冷脆性转变温度有很大影响。粗晶粒钢的冷脆性转变温度较细晶粒钢高，在转变温度下的断裂应力也低。如0.12％C的合金钢经930℃淬火、650℃回火后，晶粒的线尺寸24μm时，20℃的冲击值为20.6kgf·m/cm²，直到-60℃仍保持韧性断口，并且冲击值为18.0kgf·m/cm²，至-80℃时才出现脆性断口，冲击值降到2kgf·m/cm²。同样成分的钢经1100℃退火后，晶粒的线尺寸为78μm，在20℃下即出现脆性断口，并且冲击值只有2.40kgf·m/cm²，到+80℃才恢复韧性断口，但冲击值也只有16kgf·m/cm²，，仍低于上述细晶在-60℃时的水平。
粗晶粒中碳钢的冷脆转变温度较细晶粒的钢高出40℃。
晶粒大小对化学性能的影响以1Cr18Ni9Ti不锈钢为例，粗晶粒钢比细晶粒钢晶界腐蚀敏感性大。
一般说来，粗晶粒使晶界腐蚀的程度加深，抗应力腐蚀能力下降，但重量损失较少，因为粗晶粒比细晶粒晶界少。
但是，也不应该过分强调细晶粒。实际上在很多情况下，在一定范围内晶粒粗大对强度极限（σb、σs等）影响不明显，而对冲击韧性却比较敏感。在有些情况下，晶粒适当大些对某些性能有其有利的一面。例如，对软磁材料（硅钢片等），为了减少磁损及提高导磁率时反而希望晶粒粗大。当该材料在每一平方毫米上具有80~100个晶粒时，则矫顽力为0.50~0.60奥斯特，而在每一平方毫米上的晶粒数降至1~10个（即晶粒粗大）和杂质含量大致相同的情况下，其矫顽力则为0.20~0.30奥斯特。
工业纯铁在仪表生产中作为导磁体。室温下纯铁的晶粒尺寸对最大导磁率是晶粒越大μ最大也越大。
对于高温合金、奥氏体钢，从要求高的持久强度考虑，希望经理略微粗大一些。因为晶粒变粗说明晶界总长度减少，对以沿晶界粘性滑动而产生变形或破坏形式的持久和蠕变性能而言，晶粒粗化则意味着这一类性能提高。但考虑到疲劳性能，又希望晶粒细一点，所以对这类耐热材料，一般取适中晶粒为宜。从GH135晶粒度对疲劳性能和持久等影响来看，晶粒度从4~6级细化到7~9级时，室温疲劳强度从29kgf/mm²提高到40kgf/mm²；在700℃下疲劳强度从40kgf/mm²提高到59kgf/mm²。因为在多数情况下大晶粒试样疲劳断口的疲劳条痕间距较宽，说明疲劳裂纹发展速度较快；而疲劳裂纹在细晶粒内向前推进时，不但受到相邻晶粒的限制，同时从一个晶粒到另一个晶粒还要改变方向，这些可能都是细晶粒能提高疲劳强度的的原因。但晶粒细化后持久强度下降，蠕变速度增加。例如，晶粒度从5级细化到7级时，在700℃下100小时的持久强度从45kgf/mm²下降到37kgf/mm²；当晶粒度由4~5级细化到10~11级时700℃、4.40kgf/mm²下的最小蠕变速度增加了25~100倍，持久寿命缩短到原来的十分之一。 |
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发表于 2013-7-5 09:58:53
