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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 金属 » 专题 » 【专题】【2009.4.27：一】|★|金属材料知识天天看|★|---金属学基础
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FLY_Phoenix

荣誉版主 (职业作家)

小木虫归隐传道士

[交流] 【专题】【2009.4.27：一】|★|金属材料知识天天看|★|---金属学基础

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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夫君子之行，静以修身，俭以养德，非淡泊无以明志，非宁静无以致远。
1楼 2009-04-27 03:52:07
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

lily25103

铜虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
mselxp(金币+2,VIP+0):感谢交流，您的观点，很好很全面 4-27 09:45
FLY_Phoenix(金币+6,VIP+0):很好，鼓励多多交流探讨 4-27 23:21
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。
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3楼2009-04-27 09:20:21
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grant.tgb

木虫 (小有名气)

几点讨论

★ ★ ★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+6,VIP+0):感谢热心交流，欢迎探讨~ 6-9 16:00
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。
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12楼2009-05-12 15:49:58
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普通回帖

pax113

金虫 (小有名气)
★ ★ ★
mselxp(金币+1,VIP+0):感谢交流 4-27 09:44
FLY_Phoenix(金币+2,VIP+0):好，欢迎多多交流 4-27 23:20
铸造：炼钢的时候以铝脱氧，生成AlN可以得到细晶粒钢。
热处理：采用快速加热，利用温度和时间对晶粒长大的影响来细化晶粒，典型的热处理工艺有高频感应加热淬火。
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2楼2009-04-27 08:56:13
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mselxp

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
FLY_Phoenix(金币+8,VIP+0):感谢lxp，原创更有说服力 4-27 23:23
测量晶粒度的方法
使用EBSD，可对晶粒大小作出统计，适用与晶粒度不是很大的合金，用EBSD扫描得到一张map,可对该map区域进行晶粒大小的统计，得到晶粒大小的分布图。具体图例见附图
该图是一种镁合金（具体成分不方便说）变形后的EBSD分析结果，个人认为该晶粒为再结晶晶粒

[ Last edited by mselxp on 2009-4-27 at 10:27 ]
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4楼2009-04-27 10:25:23
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mselxp

木虫 (正式写手)
★ ★
FLY_Phoenix(金币+2,VIP+0):O(∩_∩)O谢谢 4-27 23:23
关于晶粒细化的研究，中南大学林高用的博士论文（网上可以下到）中第四章对7000系合金大厚板的晶粒细化进行了研究，提出了几种细化的方法，并对细化机理进行了分析，值得参考学习
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5楼2009-04-27 10:42:02
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sourbing

木虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★ ★
ziice(金币+2,VIP+0):感谢您的交流 4-27 16:18
FLY_Phoenix(金币+4,VIP+0):鼓励交流，非常感谢你的支持 4-28 11:04
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
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6楼2009-04-27 16:04:46
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diamond3629

金虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
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
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 ]
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7楼2009-04-27 23:05:13
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xucz

荣誉版主 (文坛精英)

金属的金属

优秀区长优秀区长优秀区长优秀版主优秀版主
★ ★ ★ ★ ★
mselxp(金币+5,VIP+0):图文并貌，很有说服力 4-29 20:54
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 ]
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有所为.有所盼
8楼2009-04-29 08:19:03
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mcdonlean

木虫 (著名写手)
★ ★ ★
mselxp(金币+3,VIP+0):谢谢您的参与 4-29 20:54
合金晶粒的细化主要通过两种途径来实现，一种是对合金原始晶粒进行细化，对于铸造合金主要是通过在铸造过程中引入大量的形核核心（如在铝合金中添加微量Sc或Zr,形成Al3Sc和Al3Zr）；对于粉末冶金合金主要是通过采用细粉进行烧结。

另一个途径就是通过塑性加工方法了，现在大塑性变形方法比较多(如 HPT， ECAP， ABR等)，利用大塑性变形方法可以获得晶粒大小为200 nm左右的铝合金。
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9楼2009-04-29 20:28:52
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chensijie

铁杆木虫 (著名写手)
★ ★ ★
mselxp(金币+3,VIP+0):感谢您的交流 5-2 11:32
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度发生了很大的变化。焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加热速度可在很大的范围内变化。加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也有影响.
近缝区的晶粒长大。 在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶粒发生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性,韧性产生热裂纹,冷裂纹.  合金因素对于不易淬火钢,主要是晶粒长大,形成粗大魏氏组织(W),易淬火钢,产生脆硬的孪晶M.此区处在焊缝与母材的过渡地带,物理化学的不均匀性 。
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一分耕耘一分收获。
10楼2009-05-01 23:36:13
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