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发表于 2013-7-1 18:14:02
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细化晶粒的途径及其有关问题
锻件要获得细晶粒不外乎以下三种途径：
（1）在原材料冶炼时加入一些细化晶粒的合金元素（钽、铌、锆、钼、钨、钒、钛等）及最终采用铝、钛等作脱氧剂。它们的细化作用主要在于：当液态金属凝固时，那些高熔点化合物起弥散的结晶核心作用，从而保证获得极细晶粒，而且这些化合物同时又起到机械阻碍作用，使已形成的细小晶粒不易长大。
（2）采用适当的变形程度和变形温度。例如，在设计模具和选择坯料时，既要使变形量大于临界变形程度，也要避免出现变形程度很大的激烈变形区，并且在模锻时应采用良好的润滑剂，以改善金属流动条件，获得均匀变形。
锻造时应恰当控制最高热加工温度（既要考虑到加热温度，也要考虑到热效应引起的温升），以免发生聚集再结晶。如果变形量较小时，应适当降低热加工温度。
终锻温度不宜过高，以免晶粒长大。但是对于高温合金等无同素异构转变的材料，终锻温度又不宜太低，即不应低于出现混合变形组织的温度。
另外，有些材料变形后晶粒尚未来得及长大时就马上快冷，也可以得到细晶粒。例如GCr15大轴承钢球，棒料在900~920℃加热，热棍扎后立刻水冷，表层得到细晶粒。
（3）采用锻后正火（或退火）等相变重结晶方法来细化锻件晶粒。
另外，如GCr15材料加热到800~850℃用冰盐水冷却，这样急热急冷反复四次，可以获得超细晶粒。
为了细化锻件晶粒，以下几个问题值得探讨：
（1）热变形时再结晶不充分，热处理加热时将产生粗大晶粒
无同素异构转变的高温合金，常由于热变形温度低，再结晶充分，在固溶处理时形成粗晶。这是由于未再结晶的晶粒经过恢复阶段后再结晶核少所引起的。例如GH33高温合金，再结晶温度高，变形抗力随温度降低急剧增大，热变形温度区间很窄（1000~1150℃）。由于这些特点吗，在锻造这类合金时，容易出现变形极不均匀的现象，结果导致再结晶极不充分甚至没有发生再结晶，使锻后晶粒大小不均匀，因而随后固溶处理加热时，将获得粗晶或大小极不均匀的晶粒。
某厂在锻造GH33合金小型锻件时，锻前加热温度选为1100℃，经平锻机一次锻造成形，固溶处理后晶粒粗大不合格，而将锻前加热温度提高之后就得到了合格的晶粒组织。锻前加热温度（1100℃）虽然高于再结晶温度，但由于锻件尺寸较小，在操作过程中温度降低太快，所以实际变形时的坯料温度已接近或低于再结晶温度。经这样锻造和热处理后得到的是晶粒粗细不均匀的组织。适当提高加热温度，虽然在操作过程中坯料温度会有所下降，但变形终了时仍能保证在再结晶温度以上，最后得到的是均匀的细晶组织。
（2）奥氏体再结晶
一般结构钢锻件正火时，加热温度超过相变点（Ac3或Accm）之后，将获得单相奥氏体。单相奥氏体晶粒大小与温度相对应，随着加热温度不断升高，奥氏体晶粒不断增大。但发现在单相奥氏体却存在一个温度区间，在这一温度区间正火的晶粒要比低于或高于这个温度区间正火的晶粒小一些，通常把这一温度区间称为改钢的奥氏体再结晶温度。产生奥氏体再结晶的动力来自相变应力。结构钢锻件正火加热时，当温度达到相变温度（Ac1~Ac3）时发生相变，由于相变体积效应，从而在系统内产生相变应力，促使已形成的单相奥氏体产生轻微变形。所以，在以后某一温度范围使奥氏体发生再结晶，再结晶的结果使晶粒略微细小一些。
有一些材料（如碳素钢等）相变重结晶与奥氏体的再结晶同时进行，则在单相奥氏体区就见不到奥氏体再结晶温度区间。有些材料（如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等），这两个温度区间相差100~150℃左右，所以奥氏体再结晶温度区间就显得突出。
存在明显奥氏体再结晶温度区间的材料，建议锻件在此区间正火，对细化晶粒是比较有利的。
（3）晶粒遗传问题
有些锻件（特别是马氏体钢模锻件）由于锻造加热温度与停锻温度较高，锻后容易形成粗大的奥氏体晶粒。冷却到室温后，在原来一颗颗奥氏体晶粒内由于相变形成许多颗小晶粒。发现这些小晶粒的空间取向往往与原来的奥氏体空间取向基本上一致，也就是说，形式上是原来一颗大晶粒分割成许多颗小晶粒，而实质上还是原来一颗大晶粒。当重新正火加热时，这些小晶粒将会还原成原来的奥氏体晶粒，且取向基本上没有多大变化。随着正火温度高低不同，只是还原程度不同而已。正火冷却时，一颗奥氏体晶粒又再次重新分割成若干个小晶粒。这样，正火前（即锻后）原来粗大的奥氏体晶粒经正火后形式上虽细化了（分割成许多颗小晶粒），但实质上由于很多小晶粒的位向与原来奥氏体晶粒一致，所以仍保留了粗大晶粒的特征。这一现象称为晶粒的遗传现像。
当制成金相试样时，在显微镜下观察往往不易发现这种高温时的原奥氏体晶界。这是由于被锻件冷却（一般淬火状态时）时相变后的组织所掩盖罢了。采用特殊腐蚀剂显示晶粒的方法或者打断口方法，就很容易观察到这种原始晶粒。
不同的材料这种晶粒遗传程度与顽固性是不同的。很显然，这种粗大晶粒的遗传，给最终热处理及使用性能（特别是承受过载的冲击性能）带来极为不利的影响。
解决这种晶粒的遗传现象，可采用下列方法：
（1）采用二次或多次正火方法
一般结构钢锻件经一次正火即可完成细化，原始晶界消失。而有些材料（如18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等）经一次正火后，原始晶界难以消失，即出现晶粒遗传现象，需经二次或多次正火，有的甚至需采用高温正火或反复高温正火工艺。因为每经一次正火加热与冷却，即很颗多小晶粒还原成原来的奥氏体晶粒（程度与大小不同）或一颗奥氏体晶粒分解成很多小晶粒。但它们之间的位向总不能完全一致，所以经二次或多次正火对那些遗传性比较顽固的材料就可以破坏其遗传，从而得到真正的细小晶粒。
（2）采用退火方法
对于3Cr3Mo3VNb等马氏体型工具钢进行退火或等温退火、通过相变重结晶来细化晶粒，能有效消除粗大的晶粒遗传问题。
（3）采用锻后回火的方法
对于18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等钢锻件，在冷却到室温后再进行一次高温回火，然后再正火，晶粒的遗传现象即被破坏。
锻件在高温回火时，由于高度弥散分布质点的析出及基体α-相的再结晶，促使在以后正火加热时容易以这些析出的质点为核心形成奥氏体晶粒，从而破坏了空间取向，所以相变后得到了真正的充分细化。
（4）采用低温大变形程度的方法
模锻时坯料尺寸确定之后，变形程度也就大体确定了。而自由锻时可以通过反复镦拔等方法来增大变形程度，且其终锻温度可低些，因而锻后不仅晶粒细小，而且由于残留大量的变形和内应力，在正火加热温度稍高于相变点时，将促使α→γ相按无序转变方式形成奥氏体，破坏了原来的空间取向，所以相变后晶粒将得到真正的充分细化。 |
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发表于 2013-6-29 19:02:48
哇 杨工太给力了，好好看看！
