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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2019-09-22 19:32
通過(guò)細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)粒強(qiáng)化是眾多材料強(qiáng)化方法中唯一可在提高強(qiáng)度的同時(shí)提高材料塑性、韌性的強(qiáng)化方法。其提高塑性機(jī)制為:晶粒越細(xì),在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目多,則在同樣塑性變形量下,變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行,變形較均勻,且每個(gè)晶粒中塞積的位錯(cuò)少,因應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂機(jī)會(huì)較少,有可能在斷裂之前承受較大的變形量。其提高強(qiáng)度機(jī)制為:晶界增多,而晶界上的原子排列不規(guī)則,雜質(zhì)和缺陷多,能量較高,阻礙位錯(cuò)的通過(guò)。在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立了晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度的定量關(guān)系,根據(jù)Hall-Petch公式:
σs=σ0+ad-1/2
式中σ0和a為常數(shù),d為晶粒直徑。一般來(lái)說(shuō),晶粒越小強(qiáng)度越大。
細(xì)化晶粒的基本途徑是形成足夠多的晶核,使它們?cè)谏形达@著長(zhǎng)大時(shí)便相互接觸,完成結(jié)晶過(guò)程。
1、提高過(guò)冷度;金屬結(jié)晶的形核率N,線長(zhǎng)大速率G和過(guò)冷度的關(guān)系如圖。

2、變質(zhì)處理。外來(lái)雜質(zhì)能增加金屬的形核率或阻礙晶核的長(zhǎng)大。在澆注前向液態(tài)金屬中加入某些難容的固體顆粒,會(huì)顯著的增加晶核數(shù)量,使晶粒細(xì)化。如:Al、
Ti、Nb、V等元素在鋼中形成強(qiáng)碳化物或氮化物,形成彌散的分布顆粒來(lái)阻止晶粒的長(zhǎng)大。
3、在澆注和結(jié)晶過(guò)程中實(shí)施攪拌和震動(dòng),也可以細(xì)化晶粒。攪拌和震動(dòng)能向液體中輸入額外的能量以提供形核功;另外,還可以使結(jié)晶的枝晶破碎,增加晶核的數(shù)量。
4、熱處理細(xì)化晶粒。一旦形成了粗晶粒,只要是境界上沒(méi)有很多難熔析出物,通過(guò)一次或者多次奧氏體化,可以使晶粒細(xì)化。

來(lái)源:材料基