瑪鋼管件塑性成形件中晶粒的大小
一般情況下,細化晶??梢蕴岣呓饘俨牧系膹姸?、塑性、韌性,降低材料的脆性轉變溫度,提高變形的均勻性。因此,對于要求強度和硬度高、塑軔性好的結構鋼、工模具鋼和有色金屬,總希望獲得細品粒。對于熱加工過程來說,加熱溫度、變形程度和機械阻礙物是影響晶粒形核速度和長大速度的3個基本參數。
1.加熱溫度
加熱溫度包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處理時的加熱溫度。從熱力學條件來看,在一定體積的金屬中,晶粒越粗則總的晶界表面積就越小,總的表面能也就越低。由于品粒粗化可以減少表面能,使金屬處于自由能較低的穩定狀態,因此,晶粒長大是一種自發的變化趨勢。晶粒長大主要通過晶界遷移的方式進行,即大晶粒吞并小晶粒。要實現這種變化過程流要原子有強大的擴散能力,以完成晶粒長大時晶界的遷移運動,而溫度對原子的擴散能力有重要的影響。隨著加熱溫度升高,原子(特別是晶界的原子)的移動、擴散能力不斷增加,晶粒之間吞并速度加劇,晶粒的長大可以在很短的時間內完成。所以,晶粒隨著溫度升高而長大是一種必然現象。
2.變形程度
金屬材料經塑性變形后,其內部的晶粒受到不同程度的變形和破碎,隨著變形程度的增加,晶粒的變形和破碎程度也越嚴重。若將經過不同程度冷變形的金屬,加熱到再結晶溫度以上,讓其產生再結晶,那么再結晶后所得到的晶粒大小與變形程度之間存在一定關系。在一定溫度下,熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關系也基本符合這個規律。
隨著變形程度的增大,晶粒大小有兩個峰值,即出現兩個大晶粒漢。第一個大晶粒區稱為臨界變形區,在此臨界變形范圍內金屬容易出現粗晶,不同材料出現臨界變形區的值大小也不同。臨界變形區處于小變形量范圍。當變形量足夠大時,出現第二個大晶粒區,該區的粗大晶粒與臨界變形時所產生的大晶粒不同,一般認為該區是在變形時先形成變形織構,經再結晶后形成了織構大晶粒所致。
3.機械阻礙物
一般來說,金屬的晶粒隨著溫度的升高而不斷長大,但有時加熱到較高溫度時,晶粒仍很細小,并不長大,這是由于金屬材料中存在機械阻礙物,對晶界有釘扎作用,阻止晶界遷移。
晶粒度的影響因素,除以上3個基本因素外,還有變形速度、原始晶粒度和化學成分等。
細化晶粒的主要途徑:①在冶煉時加人合金元素,當液態金屬凝固時,高熔點化合物起結晶核心作用;②采用適當的變形程度和變形溫度,既要使變形量大于臨界變形程度,又要避免出現因變形程度過大而引起激烈變形。塑性變形時應恰當地控制最卨熱變形溫度,以免發生聚集再結晶,終鍛溫度一般不宜太高,以免晶粒長大;③鍛后采用退火(或正火)等相變重結晶的方法,細化晶粒。