晶粒度及其对材料性能的影响

晶粒，就其铸钢来讲，它是液态钢水中长大了的晶核，晶粒度是度量晶粒大小的一个概念。我国晶粒度评定方法标准GB/T6394-2002。方法是将制备好的试样放在100倍显微镜下测定，视场直径为0.8册mm。测定时先对试样作全面观察，然后将有代表性视场与标准级别图相对照，测得晶粒度级别。图1为标准中晶粒度等级图

图1 晶粒度等级图

由图1可知，晶粒度级别越大，实际晶粒就越小。其中1-3一般被认为是粗晶粒，4-6号为中等晶粒，7-8号为细晶粒。

图2 金相显微镜

晶粒的大小和形状对材料的性能有显著影响。正常来讲在常温状态下晶粒愈细愈均匀，材料的综合性能愈好，因为晶粒越小，晶界越多。晶界处的晶体排列是非常不规则的，晶面犬牙交错，互相咬合，因而加强了金属间的结合力。所以通过晶粒度的测定，可初步判断材料的性能。

1、冷变形金属重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的的特点，可将退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。  

2、退火过程中晶粒的变化导致材料的某些性能和能量也随之变化。 

3、晶粒细化是改善材料性能的常用方法之一。通过人工调控材料成型过程中晶粒的大小以获得人们所需性能的材料。

图3控制晶粒方法

控制晶粒方法具体措施为：

1、细晶强化
2、增大金属结晶时的过冷度：过冷度越大，产生的晶核越多，导致晶粒越细小。

对于在常温下使用的零件，通常是这样，因为晶粒越细小则晶界面积越大，对性能的影响也越大，材料强度越高，而细晶强化是不会降低材料塑形的。而对于高温下使用的材料，比如高温合金，反而需要大晶粒或者单晶，因为晶界处的强度相对低，从而高温下蠕变严重，所以反而更快失效了。同时不锈钢奥氏体中个别材料对晶粒也要求并不是越细越好，如304H、321H、316H等，要求是7级或更粗的晶粒。

奥氏体钢经过高温锻造或轧制，如有较大的变形，原来奥氏体晶粒中原子的排列已被打乱，原子将重新排列组合成新的晶粒，叫做再结晶。再结晶后的奥氏体较之才奥氏体晶粒为细，因此正常的热变形可使晶粒细化，但是能否达到细化晶粒的目的取决于变形量及终锻的温度，若变形量很小终锻温度又过高时，晶粒还会长大而粗化。尤其是当金属材料处于粗大的铸造状态时，只有足够大的变形量才能使其晶粒细化，已细化的奥氏体晶粒，对超声波衰减较小，如有一些锻件厂如锻904L的一些锻件感觉已达到压缩比但是探伤过不了的一些原因之一。