工艺

您当前的位置：首页 > 工艺 > 教材

金属材料的晶粒细化方法

文|材易通

1 晶粒尺寸对金属材料性能的影响

金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。

金属的晶粒越细，其塑性和韧性越高。因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加，金属在断裂前消耗的功也较大，因而其韧性也较好。

通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称为细晶强化。

钢铁材料的强度与晶粒尺寸关系可由Hall-Petch公式给我出：

σ_s = σ_i + K_yd^-1/2

σ_s—材料的屈服强度；σ_i和K_y为与材料有关的常数；d为晶粒尺寸。此公式通常认为适用于0.3-400μm尺寸的晶粒，也适用于马氏体板条束，因为板条束间为大角度晶界。

晶粒尺寸d与韧性的关系：

βT_c= lnB - lnC- lnd^-1/2

式中β、B、C为常数，T_c为脆性转变温度；d为晶粒尺寸。

               SPD及退火处理后的镁合金的晶粒尺寸对屈服强度的影响                          铁、普钢及硅钢的晶粒尺寸对屈服强度的影响

‍‍

                      铜的晶粒尺寸对屈服强度的影响（毫米级）                          铜的晶粒尺寸对屈服强度的影响（纳米级）

‍‍

                   W、Ti及Cr的晶粒尺寸对屈服强度的影响                                  Ag、Ni的晶粒尺寸对屈服强度的影响

‍

        Al的晶粒尺寸对屈服强度的影响

‍

晶粒尺寸与金属材料硬度的关系‍

纯铁晶粒尺寸与弹性极限之间的关系

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，还有助于改善镁合金的耐腐蚀性和加工性。

轻金属的晶粒尺寸对耐蚀性能的影响

‍

    亚微米的晶粒组织还可以在高温下表现出低温超塑性和高应变速率超塑性。

‍

晶粒尺寸对材料流动应力的影响‍