关于临界变形区晶粒长大的机理，有二种理论：一是按经典理论认为临界变形区粗晶是由于该区变形量小，形核数目少，新晶核靠消耗其周围已变形晶胞而长大；二是近代研究认为，该区是无形核长大形成的，是由于变形程度小，位元错密度低，不足以形成再结晶核心。而某些晶粒由于位向不合适，没有塑性变形或变形很小，于是在加热过程中，这些晶粒的晶界以畸变能差为驱动力向邻近的畸变能高的晶粒内迁移。随着晶界迁移和晶粒长大，这些晶粒与相邻晶粒相比，不仅畸变能小，而且接口曲率小，于是接口曲率又成为新增加的驱动力。因此，晶界迁移的驱动力随着晶粒的长大而增大。在高温下第二相质点的集聚和固溶也加速了这一过程。临界变形区粗晶可能同时按上述两种机理或其中一种机理而形成。 坛3 f) o2 v) `& b! J( q& L) V3 ]. q6 i/ U% {' e) g/ U 当变形量大于临界变形后，金属内部均产生了塑性变形，因而再结晶时，同时形成很多核心，这些核心稍一长大即互相接触了，所以再结晶后获得了细晶粒。 当变形量足够大时，出现第二个大晶粒区。该区的粗大晶粒与临界变形时得到的大晶粒不同，一般称为织构大晶粒。所谓织构，是指在足够大的变形量下，金属内的各个晶粒的某一个晶面都沿着变形方向排列起来，也叫做“择优取向”。由变形产生的织构称“加工织构”或“变形织构”。把已经有了“变形织构”的材料进行再结晶退火，发现再结晶后的晶粒位向与原来变形织构位向几乎一致，这种具有一定位向的再结晶组织，称为再结晶织构或退火织构。
- A# w( l2 w8 X* o1 h三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇 关于第二峰值出现大晶粒的原因还可能是：①由于变形程度大（大于90％以上），内部产生很大热效应，引起锻件实际温度大幅度升高；②由于变形程度大，使那些沿晶界分布的 杂质破碎并分散，造成变形的晶粒与晶粒之间局部地区直接接触（与织构的区别在于这时互 相接触的晶粒位向差可以是比较大的），从而促使形成大晶粒。三维网技术论坛9 f
一）晶粒大小对性能的影响. s" ~2 s, R, D5 K2 ~
1.晶粒大小对力学性能的影响
5 o! z, L9 ?9 p' ?' u3 R3 C 一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服点（σS）、疲劳强度（σ-1） 塑性（δ、ψ）和冲击韧度（αK），降低钢的脆性转变温度，因为晶粒越细，不同取向的晶粒越多，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、硬度高、韧性、塑性好的结构钢，工模具钢及有金属，总希望获得细晶粒。
3 m/ \% z- ?1 ywww.3dportal 钢的室温强度与晶粒平均直径平方根的倒数成直线关系（见图3-2）。其数学表达式为
2 k' [% Q9 d2 s" ]& F1 Y σ=σ0+Kd1/2 三维网技术论坛$ q) S# I5 P2 a) {; A
式中 σ——钢的强度（MP）；
P! Y/ p* C- N5 O6 ]三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 σ0——常数、相当于钢单晶时的强度（MPa）；三维|cad|机械|汽车|技术
K——系数、与材料性质有关；
9 _% M8 m: `0 F) ?: _* g三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江
d——晶粒的平均直径（mm）。三维,cad,机械,技术,汽
图3-2 晶粒大小对钢的强度影响 ( }: W" ^4 a% y2 s7 ?( t( _
合金结构钢的奥氏体晶粒度从9级细化到15级后，钢的屈服强度（调质状态）从1150MPa提高到1420MPa，并使脆性转变温度从-50℃降到-150℃。图3-3为晶粒大小对低碳钢和低碳镍钢冷脆性转变温度的影响。
2 H" g* W; ], v, q9 m& j3 |三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 对于高温合金不希望晶粒太细，而希望获得均匀的中等晶粒。从要求高的持久强度出发，希望晶粒略为粗大一些。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或蠕变性能来说，晶粒粗化意味着这一类性能提高。但考虑到疲劳性能
又常希望晶粒细一点，所以对这类耐热材料一般取适中晶粒为宜。例如 GH135晶粒度对疲劳性能及持久性能的影响：晶粒度从4～6级细化到7～9级时，室温疲劳强度从290MPa提高到400MPa。在700℃下，疲劳强度从400MPa提高到590MPa。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，而且从一个晶粒到另一个晶粒还要改变方向，这些都可能是细晶能提高疲劳强度的缘故。但是，晶粒细化后持久强度下降，蠕变速度增加。例如晶粒从5级细化到7级时，在700℃下100h的持久强度从450MPa下降到370MPa。而当晶粒度由4～5级细化到10～11级时，在700℃和44MPa下的最小蠕变速度比原来增加了25～100倍，持久寿命缩短到原来的十分之一。, @( V$ I- R8 u8 q三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|cax
图3-3 晶粒大小对钢的脆性转变温度的影响
" p# A1 t+ m; v# d2 Z' h/ ~3 d" `三维网技术论坛1—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=0.03% 2—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=3.64%
2.晶粒大小对理化性能的影响三维网技术论坛. ^$ q+ x5 ]! Q n6 ~( Y
（1）晶粒大小对晶界腐蚀敏感性的影响三维网技术论坛+ W4 E7 v1 w' p0 z1 O 以1Crl8Ni9Ti不锈钢为例（图3-4），从图中可以看出粗晶粒钢比细晶粒钢晶界腐蚀敏感性大。
3 o( l7 F& Y4 |& Q0 ~三维网技术论坛 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；但重量损失减少，因为粗晶粒比细晶粒的晶界少。三维网技术论坛" M! x0 U* E9 x3 y' M%
图3-4 晶粒大小对1Cr18Ni9Ti钢抗腐蚀性能的影响
（2）晶粒大小对导磁性能的影响www.3dportal$ W1 _% I. g {* z1 D
工业纯铁常常作为导磁体广泛用于仪表生产中。室温下纯铁的晶粒尺寸对最大导磁率μmax的影响列于表3-1。由表中可以看出，晶粒越大，μmax也越大。9 g V8 x/ h( R# L% {( L9 Qwww.3dportal
表3-1 工业纯铁晶粒大小对最大导磁率μmax的影响
晶粒尺寸（×100倍）/mmwww.3dportal | μmax（H/m）; [; P6 a# D; S, {$ b三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 | 晶粒尺寸（×100倍）/mmwww.3dportal. | μmax（H/m）三维网技术论坛# M) F$ ?! ~' T1 U |
6.3三维,cad,机械,技术, 2.7+ S$ ^
1.2三 | 4π×0.00082www.3dportal% ?3 |+ g6
4π×0.00080三维网技术论坛* A) U) `) x#
4π×0.000735 W v& y3 E2 H% T6 S- r三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 | 0.6
$ ?: F0 r5 @+ c2 [: ], Y( o0.3
1 p. ~9 j3 g# z! q+ u5 Z三维网技术论坛 | 4π×0.000679
+ }2 u* i% X* k# A) Bwww.3dportal4π×0.000409三维|cad|机械|汽车|技术| |
| | | |
（二）影响晶粒大小的一些主要因素w.3dportal% y& ^1 C7 G3 j. w; B
1.加热温度三维,cad,机械,技术,汽
从热力学条件来看，在一定体积的金属中，晶粒愈粗，则其总的晶界表面积就愈小，总 的表面能也就愈低。由于晶粒粗化可以减少表面能，使金属处于自由能较低的稳定状态，因此，晶粒长大是一种自发的变化趋势。晶粒长大主要是通过晶界迁移的方式进行的，要实现这种变化过程，需要原子有强大的扩散能力，以完成晶粒长大时晶界的迁移运动。由于温度对原子的扩散能力有重要影响。因此，加热温度愈高，晶粒长大的倾向愈大。
5 J- p" { K6 u* f' g0 J, Y三维网技术论坛 图片3-4a、b、c是硅钢片试样的同一部位，在加热升温过程中，在高温显微镜下拍的，由图可知，随着加热温度的不断升高，晶粒不断长大。由于晶界的显示是采用真空热蒸发方式来完成的，所以各阶段的晶界仍被保留下来。www.3dportal4 V$ v; z; A8 ^1 @/ M
0 C( T4 D* o4 B: @三维网技术论坛图片3-4 连续加热时硅钢片晶粒不断长大情况 200×
# I6 @, E1 \5 d$ k: R6 {) ]a）冷轧后在870～880℃保温 b）升温到1000～1020℃ c）升温高于1020℃保温
2.机械阻碍物
: J3 {" D; r( ^: s7 e2 D4 Q三维网技术论坛 一般说来，金属的晶粒随着温度的升高不断长大，几乎成正比关系。但是，也不完全如此。有时加热到较高温度时，晶粒仍很细小，可以说没有长大，而当温度再升高一些时，晶粒突然长大。例如本质细晶粒钢，在加热到950℃之前，晶粒是细小的，之后晶粒则将迅速长大；有些材料，随加热温度升高，晶粒分阶段突然长大。一般称前一种长大方式为正常长大，后一种为异常长大。晶粒异常长大的原因，是由于金属材料中存在机械阻碍物，对晶界有钉札作用，阻止晶界迁移的缘故。三维网技术论坛8 Y# h$ R' o% T% ?3 w9 |
图片3-5为Ly铝合金中的机械阻碍质点影响晶粒长大的情况。此种质点在晶粒长大时使晶界发生弯曲，不易通过。三维网技术论坛9 ^, p$ L$ [. G6 z
图片8-210和8-211分别为有点状偏析的涡和点状偏析处的高倍组织，此处有较多的碳硼化合物，由于这些质点的存在，阻碍了这一区域晶粒的长大。三维,cad,机
( p& q+ N) } c/ B" K+ c, R: L图片 LD2合金中的机械阻碍物对晶界迁移的阻碍（箭头所指） 530×
0 w+ Q; i7 S+ [) _/ A4 r2 J' o! d) Q三维网技术论坛
图片8-210 涡点状偏析的低倍组织ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa3 [$ Z4 y' l6 ~; ?6 [7 Z7 N
三维网技术论坛0 {* \* \9 g2 o/ 图片 8-211 点状偏析处的高倍组织（细晶带为碳、硼化合物偏析区） 100×
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议