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則的，晶面犬牙交錯，互相咬合，因而加強了金屬間的結合力。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、增大金屬結晶時的過冷度：過冷度越大，產生的晶核越多，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，叫做再結晶。再結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。