微合金钢奥氏体晶粒超细化的相关组织控制及理论研究

微合金钢奥氏体晶粒超细化的相关组织控制及理论研究一、本文概述随着材料科学的深入发展，微合金钢作为一种重要的工程材料，因其优异的力学性能和加工性能，在航空、汽车、能源、建筑等领域得到了广泛应用。然而，随着现代工业对材料性能要求的不断提高，传统微合金钢的力学性能已难以满足日益增长的高强度、高韧性、高耐蚀性等需求。因此，如何通过先进的组织控制技术实现微合金钢奥氏体晶粒的超细化，以提高其综合性能，成为当前材料科学领域的研究热点。本文旨在探讨微合金钢奥氏体晶粒超细化的相关组织控制技术及理论研究。我们将对微合金钢的基本组成、性能特点及其在工业领域的应用进行简要介绍。随后，重点分析奥氏体晶粒超细化的重要性和潜在优势，以及实现这一目标所面临的主要挑战。接着，我们将详细介绍当前国内外在微合金钢奥氏体晶粒超细化方面所采用的组织控制技术，包括热处理、合金元素调控、变形加工等，并对其效果进行评估和比较。我们将从理论层面对奥氏体晶粒超细化的机制进行深入探讨，以期为未来微合金钢的性能优化和新材料开发提供理论支撑和实践指导。二、微合金钢奥氏体晶粒超细化的组织控制微合金钢奥氏体晶粒超细化是一个复杂的过程，涉及到多个组织控制因素。为了实现晶粒的超细化，需要从原料选择、冶炼工艺、热处理工艺等方面进行综合控制。原料选择对于奥氏体晶粒超细化至关重要。选用纯净度高、化学成分均匀的原材料，能够减少冶炼过程中杂质元素的引入，从而降低晶界能，有利于晶粒的细化。同时，选择含有适量微合金元素的原料，如钛、钒等，可以形成细小的析出物，阻碍晶粒长大，进一步提高晶粒细化效果。冶炼工艺也是影响奥氏体晶粒尺寸的关键因素。在冶炼过程中，通过控制温度、气氛和熔炼速度等参数，可以促进熔池中的元素均匀分布和析出物的形成。采用精炼、连铸等先进工艺，可以减少冶炼缺陷，提高钢材的纯净度和组织均匀性，为后续的晶粒细化处理奠定基础。热处理工艺是实现奥氏体晶粒超细化的关键步骤。通过合理的加热温度、保温时间和冷却速度等参数控制，可以影响奥氏体晶粒的生长和转变行为。例如，采用快速加热和快速冷却的方式，可以减小晶粒长大的驱动力，从而得到细小的奥氏体晶粒。还可以通过热机械处理（TMP）等方法，在奥氏体相变区进行塑性变形和再结晶过程，进一步细化晶粒。除了上述工艺控制外，还可以通过添加细化剂、改变合金元素含量等手段来优化组织控制。细化剂如稀土元素、钙等，可以在冶炼或热处理过程中与杂质元素结合形成化合物，减少其对晶界迁移的阻碍作用，有利于晶粒的细化。调整合金元素含量可以改变析出物的种类和数量，进而影响晶粒长大的速度和程度。实现微合金钢奥氏体晶粒超细化需要从原料选择、冶炼工艺、热处理工艺等多方面进行综合控制。通过优化这些工艺参数和添加细化剂等手段，可以有效控制奥氏体晶粒的尺寸和形貌，提高钢材的性能和服役寿命。随着科学技术的不断进步和新材料的开发应用，相信未来会有更多先进的组织控制技术涌现出来，为微合金钢奥氏体晶粒超细化提供更加强大的支撑。三、微合金钢奥氏体晶粒超细化的理论研究微合金钢奥氏体晶粒超细化是一个复杂的物理化学过程，涉及到热力学、动力学以及材料科学等多个领域。其理论研究主要围绕晶粒超细化的机制、影响因素和控制策略展开。对于晶粒超细化的机制，目前普遍认为包括晶界迁移、晶内再结晶以及晶界能量降低等多种因素。在微合金钢中，通过添加适量的合金元素，可以有效地控制奥氏体晶粒的生长速度，从而实现晶粒的超细化。这些合金元素在晶界处富集，降低了晶界能量，抑制了晶粒的长大。影响晶粒超细化的因素众多，如加热温度、保温时间、合金元素种类及含量等。这些因素之间相互作用，共同决定了晶粒超细化的效果。例如，提高加热温度可以加快原子扩散速度，有利于晶粒细化；但过高的温度也可能导致晶粒过度长大。因此，需要优化加热温度和保温时间，以获得最佳的晶粒细化效果。控制策略方面，主要通过合金设计、热处理工艺优化以及外场辅助等手段来实现晶粒超细化。合金设计方面，可以通过添加适量的合金元素来调整奥氏体晶粒的稳定性，从而实现晶粒的细化。热处理工艺优化方面，可以通过控制加热温度、保温时间以及冷却速度等参数来优化晶粒细化效果。外场辅助方面，如利用电场、磁场等外场作用，可以进一步促进晶粒的细化。微合金钢奥氏体晶粒超细化的理论研究涉及多个方面，包括晶粒超细化的机制、影响因素和控制策略等。未来随着科学技术的不断发展，相信这一领域的研究将取得更加深入和全面的进展。四、实验研究为了深入探究微合金钢奥氏体晶粒超细化的组织控制及理论，我们设计并实施了一系列精密的实验研究。这些实验旨在从实践角度验证并深化我们对微合金钢奥氏体晶粒超细化过程的理解。我们选用了几种典型的微合金钢作为实验材料，包括含钒、钛、铌等合金元素的钢材。这些元素在微合金钢中起着重要的细化晶粒作用。在实验过程中，我们采用了高温共聚焦显微镜、透射电子显微镜、射线衍射仪等先进设备，对微合金钢奥氏体晶粒的超细化过程进行了实时观察和精确分析。实验过程中，我们严格控制了加热温度、保温时间、冷却速度等关键工艺参数，以模拟实际工业生产中的不同工艺条件。同时，我们还通过调整合金元素的含量和配比，探究了合金元素对奥氏体晶粒超细化的影响。实验结果显示，通过优化工艺参数和合金元素配比，我们可以有效地实现微合金钢奥氏体晶粒的超细化。在特定的工艺条件下，奥氏体晶粒尺寸可以达到亚微米级甚至纳米级。我们还发现，合金元素的添加可以显著提高奥氏体晶粒的稳定性，使其在高温下仍能保持细小的晶粒尺寸。通过对比分析不同实验条件下的组织演变规律，我们提出了一个关于微合金钢奥氏体晶粒超细化的理论模型。该模型综合考虑了合金元素、温度、时间等因素对晶粒超细化的影响，为我们进一步优化微合金钢的生产工艺提供了理论支持。通过本次实验研究，我们验证了微合金钢奥氏体晶粒超细化的可行性，并深入探讨了其组织控制及理论机制。这些研究成果不仅有助于提升微合金钢的性能和品质，也为相关领域的研究提供了有益的参考和借鉴。未来，我们将继续深化对这一领域的研究，以期在工业生产中实现更广泛的应用和推广。五、微合金钢奥氏体晶粒超细化的工业应用微合金钢奥氏体晶粒超细化技术的研究成果不仅丰富了金属材料科学的理论体系，更为钢铁工业的产业升级和技术创新提供了有力支撑。随着全球工业化的快速发展，对高强度、高韧性、高耐蚀性金属材料的需求日益增加，微合金钢奥氏体晶粒超细化技术在这一背景下显得尤为重要。在工业生产中，微合金钢奥氏体晶粒超细化技术的应用主要体现在以下几个方面：提高产品质量：通过控制奥氏体晶粒尺寸，可以显著提高钢材的强度、韧性、耐蚀性等综合性能，从而满足高端制造领域对材料性能的严苛要求。节能减排：微合金化技术可以有效降低钢材生产过程中的能耗和污染物排放，符合绿色制造和可持续发展的趋势。拓展应用领域：超细化处理的微合金钢具有良好的加工性能和焊接性能，可以广泛应用于汽车、桥梁、建筑、石油化工等领域，推动相关行业的技术进步和产业升级。促进新材料研发：微合金钢奥氏体晶粒超细化技术的研究为新型金属材料的设计与开发提供了新的思路和方法，有助于推动钢铁材料领域的技术创新和产业升级。微合金钢奥氏体晶粒超细化技术在工业应用中发挥着举足轻重的作用。未来，随着科技的不断进步和工业生产需求的日益增长，该技术将在更广泛的领域得到应用和推广，为钢铁工业的可持续发展注入新的活力。六、结论与展望本文围绕微合金钢奥氏体晶粒超细化的组织控制及理论进行了深入的研究，得出了以下主要通过控制热处理工艺，如调整加热温度、保温时间和冷却速率等，可以有效地实现微合金钢奥氏体晶粒的超细化。微合金元素的添加对奥氏体晶粒的细化起到了关键作用。研究表明，适量的合金元素可以显著促进奥氏体晶粒的细化，提高钢的力学性能和综合性能。奥氏体晶粒超细化过程中，组织演变规律及机理是复杂的。本研究通过SEM、TEM等手段揭示了超细化过程中的组织演变过程，为进一步优化工艺提供了理论依据。晶界强化和位错强化是微合金钢奥氏体晶粒超细化后主要的强化机制。通过提高晶界能和位错密度，可以有效地提高钢的强度和韧性。尽管本文在微合金钢奥氏体晶粒超细化的组织控制及理论方面取得了一定的研究成果，但仍有许多问题需要进一步探讨和研究：在未来的研究中，可以进一步优化热处理工艺，以实现更高效的奥氏体晶粒超细化，同时减少能源消耗和环境污染。深入研究微合金元素对奥氏体晶粒超细化的影响机制，为开发新型高性能微合金钢提供理论支持。加强奥氏体晶粒超细化过程中的组织演变及强化机制的理论研究，为进一步提高钢的力学性能提供指导。探索奥氏体晶粒超细化技术在其他金属材料领域的应用潜力，为拓宽该技术的应用范围提供新的思路。微合金钢奥氏体晶粒超细化技术是一项具有重要意义的研究课题。通过不断的探索和实践，我们有信心在未来的研究中取得更加显著的成果，为钢铁材料的发展和进步做出贡献。参考资料：奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方结构。由于体积因素的限制（碳原子半径为077nm，而γ-Fe晶体结构的最大间隙即八面体间隙半径为053nm），碳在γ-Fe中的最大固溶度只有11%（质量分数）。(1)起始晶粒。指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的晶粒，此时的晶粒尺寸称为奥氏体起始晶粒度。(2)实际晶粒。指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其尺寸大小即为奥氏体实际晶粒度。(3)本质晶粒。指各种钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向，晶粒容易长大的称本质粗晶粒，晶粒不易长大的称本质细晶粒。通常在实际金属热处理条件下所得到的奥氏体晶粒大小，即为该条件下的实际晶粒度，而一系列实际晶粒度的测得即表示出该钢材的本质晶粒度。据中国原冶金工业部标准YB27—77规定，测定奥氏体本质晶粒度是将钢加热到930℃，保温3～8h后进行。因此温度略高于一般热处理加热温度，而相当于钢的渗碳温度，经此正常处理后，奥氏体晶粒不过分长大者，即称此钢为本质细晶粒钢。绝大部分钢的奥氏体只是在高温下才是稳定的。因此欲测定奥氏体晶粒就得设法将高温状态奥氏体轮廓的痕迹在室温下显示出来，常用的显示奥氏体晶粒的方法可归纳为渗入外来元素法、化学试剂腐蚀法和控制冷却速度法3种。(1)渗入外来元素法。如渗碳法和氧化法，是利用奥氏体晶界优先形成渗碳体和氧化亚铁等组成物，形成网络显示出奥氏体轮廓。渗碳法一般适用于不高于3%c的渗碳钢和含不高于6%c而含碳化物元素较多的其他类型钢。氧化法却适用于任何结构钢和工具钢。(2)化学试剂腐蚀法。钢材经不同温度的淬火一回火处理后，磨光并用饱和苦味酸水溶液和新洁尔灭几滴浸蚀能抑制马氏体组织，促使奥氏体晶界的显示。或者直接用盐酸1～5mL、苦味酸(饱和的)和乙醇浸蚀，使马氏体直接显示出来，利用马氏体深浅不同和颜色的差异而显示出奥氏体的晶粒大小，此法适用于合金化程度高的能直接淬硬的钢。(3)控制冷却速度法。低碳钢、亚共析钢、共析钢、过共析钢可控制冷却速度使钢的奥氏体周围先共析析出网状铁素体、网状渗碳体，或使屈氏体沿晶界少量析出以显示出奥氏体晶粒。测定奥氏体晶粒度常用比较法和统计法。比较法测定奥氏体晶粒度是根据YB27—77级别图与之相比较。标准晶粒度分8级，1～4级属粗晶粒，5～8级属细晶粒，8级以上的10～13级为超细晶粒。此法均在100倍显微镜下观察。晶粒度级别N与晶粒大小之间符合n=2或n’=2的关系，式中n为在放大100倍下观察时，每45mm视野中的平均晶粒数；n’为实际每1mm面积中平均晶粒数。若出现过粗或过细晶粒，需在50倍或大于100倍的显微镜下观察进行换算。表1为换算为100倍的晶粒度表。统计法实际为测定晶粒的平均直径法。表2为晶粒度与其他晶粒大小表示法的比较。①为了避免在晶粒号前出现“—”号，有人把———1等晶粒号改为000号。奥氏体起始晶粒度取决于形核率N和长大速度G的比值N/G，此值愈大，奥氏体起始晶粒就愈小。在起始晶粒形成之后，钢的实际晶粒则取决于奥氏体在继续保温或升温过程中的长大倾向，而奥氏体晶粒长大倾向又与起始晶粒的大小、均匀性以及晶界能有关。晶粒大小愈不均匀、曲率半径愈小、表面弯曲度愈大，则界面能愈大，晶粒长大的倾向性就愈大。奥氏体的实际晶粒度还受加热温度、保温时间、钢的成分以及第二相颗粒的大小、多少、性质、原始组织和加热速度等的影响。(1)加热速度和保温时间的影响。晶粒长大和原子的扩散密切相关，温度愈高，相应的保温时间愈长，原子的活动能力愈大，扩散愈容易进行，奥氏体晶粒亦将愈粗大。(2)加热速度的影响。加热速度实质上是过热度问题，过热度愈大，即成核率与成长速度之比越大，将获得细小的起始晶粒。虽然如此，但高温下奥氏体晶粒极易长大，因此，在高温下不能有长的保温时间。(3)钢中含碳量的影响。在钢中含碳量不足以形成未溶解的碳化物时，含碳量增高，奥氏体的晶粒容易长大而粗化。当形成未溶解的二次渗碳体时，因奥氏体晶粒长大受第二相的阻碍作用，使奥氏体晶粒长大的倾向反而减小。(4)脱氧剂及合金化元素的影响。用铝脱氧的钢，晶粒长大的倾向小，属本质细晶粒钢。这是因为钢中含有大量难溶的六方点阵结构的A1N、机械地阻碍奥氏体长大。用硅和锰脱氧的钢，晶粒长大的倾向大，一般属于本质粗晶粒钢。其他合金元素按阻碍奥氏体晶粒长大程度的不同，可以分为：有强烈阻碍晶粒长大作用的，如铌、锆、钛、钽、钒和铝等；有中等阻碍作用的，如钨、钼和铬等；稍有阻碍或无阻碍作用的，如铜、镍、钴和硅等；有增大晶粒长大倾向的，如碳(指溶入奥氏体中的)、磷、锰等。(5)原始组织的影响。钢的原始组织愈细、碳化物分散度愈大，所得到的奥氏体起始晶粒愈细小。但从晶粒长大的原理可知，起始晶粒愈细小，则钢的晶粒长大倾向性愈大，即钢的过热敏感性增大，生产上难于控制。所以原始组织极细的钢，不可用过高的加热温度和长的保温时间，而宜采用快速加热、短时保温的热处理工艺。晶粒度的作用加热时所得到的奥氏体实际晶粒的大小，对冷却后钢的组织和性能有很大的影响。一般地说，粗大的奥氏体实际晶粒往往导致冷却后获得粗大的组织，而粗大的组织又往往相应地具有较低的塑性和韧性。就冲击韧性而言，普通碳钢和低合金钢的奥氏体晶粒度每细化一级，冲击韧性值能提高6～2J/cm，同时冷脆转化温度可降低10℃以上。因此，在热处理时应严格控制奥氏体晶粒大小，以获得良好的综合性能。细化晶粒已成为强化金属材料的重要手段之一。通过多次反复奥氏体化处理，或用交变冷变形及在(α+γ)两相区退火等方法，获得超细化奥氏体晶粒，可以同时提高钢的强度和韧性。特别是低温下使用的高强度合金，经此类处理后可使其断裂韧性大幅度提高，例如将40crNiMo钢的奥氏体晶粒度由5～6级细化到12～13级时，其KIc值可由382kPa·m。(2×10N/cm)提高到607kPa·m(7×10N/cm)。晶粒细化是一种化学反应，特点是过冷度越大，晶粒越细小，对凝固的金属进行振动和搅动。理想的铸锭组织是铸锭整个截面上具有均匀、细小的等轴晶，这是因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。要得到这种组织，通常需要对熔体进行细化处理。凡是能促进形核、抑制晶粒长大的处理，都能细化晶粒。铝工业生产中常用以下几种方法。形核率和长大速度都与过冷度有关，过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。铝及铝合金铸锭生产中增加过冷度的方法主要有降低铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低浇注温度等。但是，如果没有较多的游离晶粒的存在，增加激冷作用反而不利于细晶粒区的形成和扩大。动态晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。当前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体，增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化。变质处理是向金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。形核变质剂的作用机理是向铝熔体中加入一些能够产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。要求所加入的变质剂或其与铝反应生成的化合物具有以下特点：晶格结构和晶格常数与被变质熔体相适应；稳定；熔点高；在铝熔体中分散度高，能均匀分布在熔体中；不污染铝合金熔体。变形铝合金一般选含Ti、Zr、B、C等元素的化合物作晶粒细化剂，其化合物特征见表1。Al-Ti是传统的晶粒细化剂，Ti在Al中包晶反应生成TiAl3，TiAl3与液态金属接触的（001）和（011）面是铝凝固时的有效形核基面，增加了形核率，从而使结晶组织细化。Al-Ti-B是国内公认的最有效的细化剂之一。Al-Ti-B与Re、Sr等元素共同作用，其细化效果更佳。在实际生产条件下，受各种因素影响，TiB2质点易聚集成块，尤其在加入时由于熔体局部温度降低，导致加入点附近变得黏稠，流动性差，使TiB2质点更易聚集形成夹杂，影响净化、细化效果；TiB2质点除本身易偏析聚集外，还易与氧化膜或熔体中存在的盐类结合造成夹杂；7系合金中的Zr、Cr、V元素还可以使TiB2失去细化作用，造成粗晶组织。由于Al-Ti-B存在以上不足，于是人们寻求更为有效的变质剂。不少厂家正致力于Al-Ti-C变质剂的研究。以化合物形式加入，如K2TiFKBFKZrFTiClBCl3等。经过化学反应，被置换出来的Ti、Zr、B等，再重新化合而形成非自发晶核。这些方法虽然简单，但效果不理想。反应中生成的浮渣影响熔体质量，同时再次生成的TiClKBZrAl3等质点易聚集，影响细化效果。以中间合金形式加入。当前工业用细化剂大多以中间合金形式加入，如Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-Sr、Al-Ti-B-RE等。中间合金做成块状或线状。细化剂的种类。细化剂不同，细化效果也不同。实践证明，Al-Ti-B比Al-Ti更为有效。细化剂的用量。一般来说，细化剂加入越多，细化效果越好。但细化剂加入过多易使熔体中金属间化合物增多并聚集，影响熔体质量。因此在满足晶粒度的前提下，杂质元素加入的越少越好。从包晶反应的观点出发，为了细化晶粒，Ti的添加量应大于15%，但在实际变形铝合金中，其他组元（如Fe）以及自然夹杂物（如Al2O3）亦参与了形成晶核的作用，一般只加入01%-06%便足够了。熔体中B含量与Ti含量有关。要求B与Ti形成TiB2后熔体中有过剩Ti存在。在使用Al-Ti-B作为晶粒细化剂时，500个TiB2粒子中有一个使α-Al成核，TiC的形核率是TiB2的100倍，因此一般将加入TiC质点数量定为TiB2质点数量的50%以下，粒子越少，每个粒子的形核机会就越高，同时也防止粒子碰撞、聚集和沉淀。TiC质量分数001%-01%，晶粒细化就相当有效。细化剂质量。细化质点的尺寸、形状和分布是影响细化效果的重要因素。质点尺寸小，比表面积小（以点状、球状最佳），在熔体中弥散分布，则细化效果好。以TiAl3为例，块状TiAl3比针状TiAl3细化效果好，这是因为块状TiAl3有三个面面向熔体，形核率高。细化剂添加时机。TiAl3质点在加入熔体后10min效果最好，40min后细化效果衰退。TiB2质点的聚集倾向随时间的延长而加大，TiC质点随时间延长易分解。因此，细化剂最好在铸造前在线加入。细化剂加入时熔体温度。随着温度的提高，TiAl3逐渐溶解，细化效果降低。吸附变质剂的特点是熔点低，能显著降低合金的液相线温度，原子半径大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。其缺点是由于存在于枝晶和晶界间，常引起热脆。吸附性变质剂常有以下几种。钠是变质共晶硅最有效的变质剂，生产中可以钠盐或纯金属形式加入（但以纯金属形式加入时可能分布不均，生产中很少采用）。钠混合盐组成为NaF、NaCl、Na3AlF6等，变质过程中只有NaF起作用，其反应如下：加入混合盐的目的，一方面是降低混合物的熔点（NaF熔点992℃），提高变质速度和效果，另一方面对熔体中钠进行熔剂化保护，防止钠的烧损。熔体中钠质量分数一般控制在01%-014%，考虑到实际生产条件下不是所有的NaF都参与反应，因此计算时钠的质量分数可适当提高，但一般不应超过02%。使用钠盐变质时，存在以下缺点：钠含量不易控制，量少易出现变质不足，量多可能出现过变质（恶化合金性能，夹杂倾向大，严重时恶化铸锭组织）；钠变质有效时间短，要加保护性措施（如合金化保护、熔剂保护等）；变质后炉内残余钠对随后生产合金的影响很大，造成熔体黏度大，增加合金的裂纹和拉裂倾向，尤其对高镁合金的钠脆影响更大；NaF有毒，影响操作者健康。含锶变质剂有锶盐和中间合金两种。锶盐的变质效果受熔体温度和铸造时间影响大，应用很少。国内应用较多的是Al-Sr中间合金。与钠盐变质剂相比，锶变质剂无毒，具有长效性，它不仅细化初晶硅，还有细化共晶硅团的作用，对炉子污染小。但使用含锶变质剂时，锶烧损大，要加含锶盐类熔剂保护，同时合金加入锶后吸气倾向增加，易造成最终制品气孔缺陷。锶的加入量受下面各因素影响很大：熔剂化保护程度好，锶烧损小，锶的加入量少；铸件规格小，锶的加入量少；铸造时间短，锶烧损小，加入量少；冷却速度大，锶的加入量少。生产中锶的加入量应由试验确定。钡对共晶硅具有良好的变质作用，且变质工艺简单、成本低，但对厚壁件变质效果不好。锑对Al-Si合金也有较好的变质效果，但对缓冷的厚壁铸件变质效果不明显。对部分变形铝合金而言，锑是有害杂质，须严加控制。最近的研究发现，不只晶粒度影响铸锭的质量和力学性能，枝晶的细化程度及枝晶间的疏松、偏析、夹杂对铸锭质量也有很大影响。枝晶的细化程度主要取决于凝固前沿的过冷，这种过冷与铸造结晶速度有关。靠近结晶前沿区域的过冷度越大，结晶前沿越窄，晶粒内部结构就越小。在结晶速度相同的情况下，枝晶细化程度可采用吸附性变质剂加以改变，形核变质剂对晶粒内部结构没有直接影响。本文主要围绕奥氏体动态再结晶晶粒超细化及其马氏体相变展开研究。通过分析动态再结晶机理，探讨了不同温度下奥氏体动态再结晶晶粒超细化的过程。同时，研究了马氏体相变对奥氏体动态再结晶晶粒超细化的影响，并探究了马氏体相变的发生条件和机制。本研究对于深入了解奥氏体动态再结晶晶粒超细化和马氏体相变具有重要的理论和实践意义。奥氏体动态再结晶是金属材料在高温变形过程中的一种重要微观结构演变过程，对材料的力学性能和加工性能具有重要影响。晶粒超细化是提高金属材料综合性能的重要手段之一，因此对奥氏体动态再结晶晶粒超细化的研究具有重要意义。同时，马氏体相变作为一种重要的相变过程，对材料的性能也具有显著影响。因此，研究奥氏体动态再结晶晶粒超细化和马氏体相变对于优化金属材料性能具有重要意义。本研究旨在揭示奥氏体动态再结晶晶粒超细化的机理和影响因素，并探究马氏体相变对奥氏体动态再结晶晶粒超细化的影响。通过本研究，旨在为金属材料加工和热处理过程中的组织细化提供理论指导和技术支持。奥氏体动态再结晶是在高温变形过程中，通过位错滑移、晶界迁移等方式，使得奥氏体晶粒重新排列、变形晶粒消失并形成新的未变形晶粒的过程。根据不同温度下发生的动态再结晶过程，可以将其分为温度诱导动态再结晶和非温度诱导动态再结晶。其中，温度诱导动态再结晶是随着变形温度的升高，奥氏体晶界发生迁移，进而形成新的晶粒；而非温度诱导动态再结晶则是在变形过程中，通过应力诱导形成新的晶粒。晶粒超细化是提高金属材料综合性能的重要手段之一。在奥氏体动态再结晶过程中，通过控制变形温度、应变速率等参数，可以有效地细化晶粒。实验表明，采用合理的工艺参数可以在保证材料强度的同时，实现晶粒的超细化。数字模拟也助于探究晶粒超细化的机理和相关工艺参数的影响。马氏体相变是一种常见的金属相变过程，指的是一种有序的、涉及晶体结构改变的相变。在奥氏体动态再结晶过程中，马氏体相变对晶粒超细化具有一定的影响。研究发现，马氏体的形成会伴随着奥氏体的消失和细化，从而在一定程度上促进晶粒的超细化。马氏体相变的发生条件包括成分、温度和应力等，这些条件在相变过程中起到了关键作用。本文通过对奥氏体动态再结晶晶粒超细化和马氏体相变的研究，取得了以下成果：揭示了马氏体相变对奥氏体动态再结晶晶粒超细化的影响及其作用机制；探究了马氏体相变的发生条件和机制，为合理调控相变过程提供了理论依据；然而，本研究仍存在一定的局限性，例如未能全面考虑不同材料的马氏体相变特性及其对晶粒超细化的影响。未来研究可以针对不同材料的特性进行深入研究，进一步拓展和完善相关理论。晶粒细化剂产品有优异的细化效果，改善铸件表面质量，使铸件得到细小的等轴晶，特别是减少铸件冷隔消除了的毛晶和柱状晶，能有效地克服铸造裂纹，改善铸件外观。材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能。其中，可以通过化学细化法，加入各种晶粒细化剂，促进金属或合金的形核或抑制晶核长大。在工业生产中，细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法，即在熔融的金属中加入晶粒细化剂，起到抑制形核的作用，进而细化晶粒尺寸。镁合金是密排六方晶体结构，室温下只有3个独立的滑移系，合金的塑性变形能力较差，其晶粒大小对机械性能影响十分显著。镁合金结晶温度范围较宽，热导率较低，体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，凝固过程中易产生缩松、热裂等缺陷；细小的晶粒有助于减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷；镁合金晶粒细化能缩短晶间相（Mg17Al12）固溶所需的扩散距离，提高热处理效率；细小的晶粒还有助于改善镁合金的耐腐蚀性能和加工性能。镁及镁合金液态熔体采用细化技术对提高镁合金综合性能有更突出的作用，目前镁合金晶粒细化剂的研发倍受人们关注。碳质孕育法是细化Mg-Al系合金较成功的晶粒细化技术。尽管Zr对纯镁有强烈的细化作用，但含铝的Mg-Al系合金不能用Zr来细化晶粒，因为Zr和Al易形成稳定的化合物Al3Zr，Al3Zr为体心正方型（BCC）结构，其晶格常数与α-Mg晶格常数相差很大，形成Al3Zr将造成合金中Al和Zr的损失。通常在镁铝系合金熔体中加入含碳的化合物来细化晶粒，基本要求是合金的铝含量应>5%，同时对细化晶粒有遏止作用的元素（如Zr、Be、Ti和少数稀土元素）应不含或含量控制在规定范围内。（2）硼化系合金变质法如Al-Ti-B、Ti-B等细化技术Al-Ti-B中间合金对镁铝系的细化是利用Ti、Al与B