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FLY_Phoenix荣誉版主 (职业作家)
小木虫归隐传道士
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【专题】【2009.4.27：一】|★|金属材料知识天天看|★|---金属学基础
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晶粒度对材料力学性能有什么影响？ 所谓晶粒度就是指晶粒的大小。它可以用单位体积材料中的晶粒数或单位截面面积没的晶粒数来度量。一种较近似但方便的表示方法是将晶粒近似的看成是球形，把各球形晶粒的平均直径d作为晶粒度的度量。 晶粒度对晶体的各种性能都有影响，而影响最大的是力学性能，特别是屈服极限的影响。这一点虫友们都很熟悉，著名的Hall-Petch关系。这里打符号不方便，我就用Ry表示屈服强度，d表示晶粒度：Ry=Ri+K*d^(-1/2)。也就是说晶粒越细，阻碍滑移的晶界便越多，屈服极限也就越高。 不知道大家知不知道还有这样一个关系：HV或HB=A+B*d^(-1/4)。这个关系可能大家就不怎么熟悉了，这是金属的硬度和晶粒度的关系，A、B是常数。显然这个公式有一个前提，即压痕要大于晶粒直径，否则，塑性变形都发生在一个晶粒内部，晶界的影响就不大，这时晶粒度对硬度也就没有多大影响了。 什么材料加工工艺参数会影响到晶粒度呢？比如铸造时、热加工时、冷加工时、以及热处理时等等，谈谈你知道的或者所涉及到的影响晶粒度的工艺过程。 同时，也可以谈谈晶粒度对诸如形变硬化行为（比如冷加工过程中）、断裂行为（比如塑脆转变温度）、高温蠕变性能等等方面，或者是导电性能，导热性能方面的影响。 或者也可以谈谈你测量晶粒度的方法。 认真回复重奖！ [ Last edited by FLY_Phoenix on 2009-4-27 at 03:56 ] |
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晶粒度的影响因素 （1）热处理时的保温时间和加热温度对金属的晶粒度影响很大，温度越高，保温时间越长，晶粒越大。 （2）若金属中中存在第二相质点，则会阻碍晶界的迁移，阻止晶粒的长大，得到较小的晶粒。 （3）冷加工时会使晶粒破碎，在随后的加热过程中会发生回复和再结晶，可以细化晶粒，适用于单纯通过热处理改善晶粒度的金属。 （4）热加工过程中有动态回复和再结晶过程。 晶粒度对金属性能的影响 （1）细化晶粒是唯一一个既能提高材料强度，又能提高其塑性的手段。 （2）晶粒越细，晶界越多，在高温下晶界容易弱化，金属的高温性能越差。 （3）细化晶粒可以提高材料的晶界面积，裂纹顶端的变形难以穿越晶界，影响了裂纹的传播，同时晶界面积的增大还能降低晶界杂质元素的分布密度，提高了断裂韧性，降低冷脆转变温度。 （4）晶粒越小，晶界对电子的散射就越大，材料导电性越差。 |
3楼2009-04-27 09:20:21
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几点讨论
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FLY_Phoenix(金币+6,VIP+0):感谢热心交流，欢迎探讨~ 6-9 16:00
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1.【（3）冷加工时会使晶粒破碎，在随后的加热过程中会发生回复和再结晶，可以细化晶粒，适用于单纯通过热处理改善晶粒度的金属。】 一般认为回复是不改变晶粒尺寸的，这是一个基本概念。再结晶才是通过新晶粒形核和长大改变原有的初始晶粒尺寸。 2.【我先说一个关于再结晶的，在轧态的时候如果把终轧温度调稍低一些，可以达到晶粒细化的目的。理由：如果温度高，材料中会发生动态再结晶现象，了解轧态的都知道。如果温度降低，那么不会产生再结晶，在轧辊的外力作用下，材料内部会变成板型。。我们可以简单的说成晶粒变成了板型，然后在出轧辊之后的一段，因为会产生静态再结晶（注意动态和静态的区别）而在板型晶粒内再结晶成更细小的晶粒，达到细化晶粒的目的。 以上就是控制细化晶粒的轧态工艺技术。。。谢绝转载。。】 呵呵，谢绝转载就对了。 因为你的阐述里错误实在太多。错误包括基本概念不清和术语不专业。 首先，动态再结晶的确受温度控制，但其不仅仅受温度控制。影响或决定是否发生动态再结晶的因素中还包括温度、变形速率和累积的储能（也即累积应变）。所以并不是温度低了就一定不发生动态再结晶。有些轧制过程的精轧道次反而是不发生静态再结晶的情况下发生动态再结晶。 其次，从原理角度上讲，动态再结晶细化晶粒的效果要好于静态再结晶，特别是当初始晶粒尺寸较大的时候。热轧的粗轧过程可充分利用动态再结晶细化晶粒就是这个原理。 这所提的”板型“就属于乱用术语了，板型一般是轧制形状控制中的一个词。你这里似乎是说”饼形“，即压扁晶粒。 最最错的一点在于，你所说的这些其实根本不是”控制细化晶粒的轧态工艺技术“。稍微沾点边儿，但几乎完全混淆了正确的技术内涵。 有空我给大家补上吧。今天就先说这些。 |
12楼2009-05-12 15:49:58
pax113
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2楼2009-04-27 08:56:13
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4楼2009-04-27 10:25:23
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5楼2009-04-27 10:42:02
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晶粒细化有很多方法，加入合金，调整温度，轧态的工艺等都可以实现，说来就太杂太多了，高手们可以就某一种材料来具体阐述一下，这样大家也有个质的概念，不要笼统的说，那样看了也记不住。 我先说一个关于再结晶的，在轧态的时候如果把终轧温度调稍低一些，可以达到晶粒细化的目的。理由：如果温度高，材料中会发生动态再结晶现象，了解轧态的都知道。如果温度降低，那么不会产生再结晶，在轧辊的外力作用下，材料内部会变成板型。。我们可以简单的说成晶粒变成了板型，然后在出轧辊之后的一段，因为会产生静态再结晶（注意动态和静态的区别）而在板型晶粒内再结晶成更细小的晶粒，达到细化晶粒的目的。 以上就是控制细化晶粒的轧态工艺技术。。。谢绝转载。。大家分享就好了  |
6楼2009-04-27 16:04:46
diamond3629
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FLY_Phoenix(金币+15,VIP+0):比较全面，讲的也很清晰。感谢参与，还望以后多多交流，非常欢迎~ 4-27 23:31
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铸造时晶粒细化的方法有三：增加过冷度、加入变质剂和加强搅拌或震动。增加过冷度和加入变质剂都是为了增加形核率。加强搅动或震动可以破碎枝晶，便于形成细小的等轴晶，同时破碎的枝晶游离在液体中也能提高形核率。 热处理也能细化晶粒。 一是在钢的共析温度上下频繁波动，保温时间足够长就能细化晶粒。这种工艺不适合生产过程，原因在于所需的保温时间长，能耗大。 二是将钢淬火后在共析温度以下回火，能获得细小的粒状渗碳体。 三是对于过共析钢采用球化退火能改变渗碳体的形貌，并且所获得的渗碳体颗粒细小。 四是采用多次变形+再结晶退火，可以获得细小的晶粒。 晶粒度对韧脆转变温度也有较大的影响。它们之间的关系也满足霍尔-配奇公式。 晶粒度也影响高温蠕变性能。根据热力学定律加以解释，在等温等压下，系统总是自发的从高自由能向低自由能转变。在高温时，为降低体系的自由能，晶粒长大以降低晶界能。因此细晶粒容易长大，易于蠕变。 晶粒度对导电性能的影响。导电性的本质是电子在晶格中的定向移动。晶粒小晶界多，晶格的不规则性增加，阻碍了电子的移动，使导电性变差。 [ Last edited by FLY_Phoenix on 2009-4-27 at 23:27 ] |
7楼2009-04-27 23:05:13
xucz
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mselxp(金币+5,VIP+0):图文并貌，很有说服力 4-29 20:54
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材料的组织细化是一种可以同时提高材料强度和塑性的有效手段。传统的细化处理工艺，如添加晶粒细化剂或者采用热机械处理等，可在一定程度上有效细化晶粒，成功地将晶粒细化到～10μm的数量级。但很难将晶粒细化到～5μm以下。新的工艺方法，如以制取超细粉末为基础的粉末法(又分为物理沉积法及机械合金法)、快速凝固法和强塑性变形法等，并且获得了更细的组织。 强塑性变形可以诱发晶粒细化，形成大角度晶界，可将晶粒细化至亚微米尺度（100-1000nm），通过该途径可以制备无残余孔隙、界面清洁的各种大块超细晶材料。 我在微米纳米版发布过相关介绍，具体介绍可见下面链接 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1185819&fpage=1  。 [ Last edited by xucz on 2009-4-29 at 08:25 ] |
8楼2009-04-29 08:19:03
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9楼2009-04-29 20:28:52
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10楼2009-05-01 23:36:13
