17.晶粒大小的控制

1、六，晶粒大小的控制晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 不同材料的金属所需要的晶粒大小：在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 但是，对于在髙温下工作的金属材料，晶粒过于细小性能反而不好，一般希望得到 适中的品粒度。对于制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒反而越粗大越好。因为晶粒越大，则其 磁滞损耗越小，效应越高。表 2-3 列出了晶粒大小对纯铁机械性能的影响 由表可见，细化晶粒对于提高金属材料的常温机械性能作用很大。细晶强化：这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。改变晶粒大小的手段：此外，除了钢铁等少数金属材料外，其它大多数金

2、属不能通过热处理改变其晶粒度大 小，因此通过控制铸造及焊接时的结晶条件，来控制晶粒度的大小，便成为改善机械 性能的重要手段。影响金属结晶时的晶粒大小的因素及原因 金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小。 形核率越大，则单位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成 的晶粒越细小。同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因而晶粒也将越细小。反之，形核率越小而长大速度越大，则会得到越粗大的晶粒因此，晶粒度取决于形核率N和长大速度G之比，比值-越大，晶粒越细小G根据分析计算，单位体积中的晶粒数目为单位面积中的晶粒(N卡Zv

3、为 Zv=0.9 丿数目Zs为Zs =1.1G由此可见，凡能促进形核，抑制长大的因素，都能细化晶粒，相反，凡是抑制形核 促进长大的因素，都便晶粒粗化。根据结晶时的形核和长大规律，为了细化铸锭和焊缝区的晶粒，在工业生产中可以采用 以下几种方法：控制过冷度、变质处理、振动、搅动过冷度对晶粒大小影响原理： 形核率和长大速度都与过冷度有关，增大结晶时的过冷度，形核率和长大速度均隨之增加，但两者的增大速率不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率，如图2-32所示 在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，则比值越大，因而晶粒越细小。G如何提高过冷度：增加过冷度的方法主要是提高液态金属的冷却速度。在铸造生

4、产中，为了提高铸件 的冷却速度，通常采用金属型或石墨型代替砂型，增加金属型的厚度，降低金属型 的温度，采用蓄热多散热快的金属型，局部加冷铁，以及采用水冷铸型等。增加过冷度的另一种方法是采用低的浇注温度、减慢铸型温度的升高，或者进行慢 浇注，这样做一方面可使铸型温度不致升高太快，另一方而由于延长了凝固时间， 晶核形成的数目增多，结果即可获得较细小的晶粒。增大过冷度的方法只对小铸件有效：用增加过冷度的方法细化晶粒只对小型或薄壁的铸件有效， 而对较大的厚壁铸件就不适 用。因为当铸件断面较大吋，只是表面冷得快，而心部冷得很慢，因此无法使整个铸件 体积内都获得细小而均匀的晶粒。两类变质剂并举例：1. 变

5、质处理是在浇注前往液态金属中加入形核剂（又称变质剂），促进形成大量的非 均匀晶核来细化晶粒。2. 例如在铝合金中加入钛和锆，在钢中加入钛、锆、钒，在铸铁中加入硅铁或硅钙合 金就是如此。表 2.4说明某些铸造铝合金中加入 B、 Zr、Ti 等变质剂后晶粒细化的情 况。3. 还有一类变质剂，它虽不能提供结晶核心，但能起阻止晶粒长大的作用，因此又称 其为长大抑制剂。4. 例如将钠盐加入Al Si合金中，钠能富集于硅的表面，降低硅的长大速度， 使合金 的组织细化。振动搅拌细化晶粒原理： 对即将凝固的金属迸行振动或搅动，一方而是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成， 另一方面是使成长中的枝晶破碎， 使晶核数目增加， 这已成为一种有效的细化晶粒组织 的重要手段。振动搅拌的 4种方法：进行振动或搅动的方法很多， 例如用机