晶粒度及其對材料性能的影響

晶粒，就其鑄鋼來講，它是液態(tài)鋼水中長大了的晶核，晶粒度是度量晶粒大小的一個概念。我國晶粒度評定方法標準GB/T6394-2002。方法是將制備好的試樣放在100倍顯微鏡下測定，視場直徑為0.8冊mm。測定時先對試樣作全面觀察，然后將有代表性視場與標準級別圖相對照，測得晶粒度級別。圖1為標準中晶粒度等級圖

圖1 晶粒度等級圖

由圖1可知，晶粒度級別越大，實際晶粒就越小。其中1-3一般被認為是粗晶粒，4-6號為中等晶粒，7-8號為細晶粒。

圖2 金相顯微鏡

晶粒的大小和形狀對材料的性能有顯著影響。正常來講在常溫狀態(tài)下晶粒愈細愈均勻，材料的綜合性能愈好，因為晶粒越小，晶界越多。晶界處的晶體排列是非常不規(guī)則的，晶面犬牙交錯，互相咬合，因而加強了金屬間的結(jié)合力。所以通過晶粒度的測定，可初步判斷材料的性能。

1、冷變形金屬重新加熱進行退火之后，其組織和性能會發(fā)生變化。觀察在不同加熱溫度下變化的的特點，可將退火過程分為回復、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段。  

2、退火過程中晶粒的變化導致材料的某些性能和能量也隨之變化。 

3、晶粒細化是改善材料性能的常用方法之一。通過人工調(diào)控材料成型過程中晶粒的大小以獲得人們所需性能的材料。

圖3控制晶粒方法

控制晶粒方法具體措施為：

1、細晶強化
2、增大金屬結(jié)晶時的過冷度：過冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，導致晶粒越細小。

對于在常溫下使用的零件，通常是這樣，因為晶粒越細小則晶界面積越大，對性能的影響也越大，材料強度越高，而細晶強化是不會降低材料塑形的。而對于高溫下使用的材料，比如高溫合金，反而需要大晶粒或者單晶，因為晶界處的強度相對低，從而高溫下蠕變嚴重，所以反而更快失效了。同時不銹鋼奧氏體中個別材料對晶粒也要求并不是越細越好，如304H、321H、316H等，要求是7級或更粗的晶粒。

奧氏體鋼經(jīng)過高溫鍛造或軋制，如有較大的變形，原來奧氏體晶粒中原子的排列已被打亂，原子將重新排列組合成新的晶粒，叫做再結(jié)晶。再結(jié)晶后的奧氏體較之才奧氏體晶粒為細，因此正常的熱變形可使晶粒細化，但是能否達到細化晶粒的目的取決于變形量及終鍛的溫度，若變形量很小終鍛溫度又過高時，晶粒還會長大而粗化。尤其是當金屬材料處于粗大的鑄造狀態(tài)時，只有足夠大的變形量才能使其晶粒細化，已細化的奧氏體晶粒，對超聲波衰減較小，如有一些鍛件廠如鍛904L的一些鍛件感覺已達到壓縮比但是探傷過不了的一些原因之一。