金屬材料成分分析檢測：有關金屬細化晶粒度控制措施

　　晶粒度是表示晶粒大小的尺度。常用的表示方法有單位體積的晶粒數目（ZV），單位面積內的晶粒數目（ZS）或晶粒的平均線長度（或直徑）。表示晶粒大小的尺度叫晶粒度，常用單位體積（或單位面積）內的晶粒數目或晶粒的平均線長度（或直徑）表示。工業生產上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標準晶粒度共分12級，1～4級為粗晶粒，5～8級為細晶粒，9～12級為超細晶粒度。

　　細化晶粒是提高金屬力學性能的重要途徑之一，工業生產中常采用以下幾種方法：

　　·提高金屬的過冷度

　　形核率和長大速率都與過冷度有關，增大結晶時的過冷度，形核率和長大速率均隨之增大，但兩者的增大速率不同，形核率的增長率高于長大速率的增長率。在一般金屬結晶的過冷范圍內，過冷度越大，N/G的比值越大，晶粒越細小。

　　增大過冷度的主要措施是提高液態金屬的冷卻速度，例如在鑄造生產中可以采用金屬型或石墨型代替砂型、局部增加冷鐵、增大金屬型的厚度、降低金屬型的預熱溫度、減少涂料層的厚度、采用水冷鑄型等措施來提高鑄件的冷卻速度。

　　·進行變質處理

　　用增大過冷度的方法細化晶粒只對小型或薄壁的鑄件有效，對于形狀復雜的鑄件，往往不允許過大地提高冷卻速度。為此，生產上廣泛采用變質處理工藝來細化晶粒。

　　所謂變質處理就是在液態金屬中加入孕育劑或變質劑（形核劑），以增加異質核心的數量，促進非自發形核的進行，從而細化晶粒和改善組織。在生產中常采用高熔點的固體微粒作為形核劑。例如，在鋁合金液體中加入鈦、鋯，在鋼液中加入鈦、釩、鋯等，都可使晶粒細化。在鑄鐵中加入硅鐵或硅鈣合金能使組織中的石墨變細。還有一類變質劑，雖不能提供結晶核心，但能附著在晶體的結晶前沿，起到阻止晶粒長大的作用，因此又稱為長大抑制劑。例如，在鋁硅合金中加入鈉鹽，使鈉在硅的表面富集，降低硅的長大速度，阻礙粗大硅晶體的形成，便能獲得細化的合金組織。

　　·附加振動和攪拌

　　對即將凝固的金屬進行振動或攪拌，一方面可以從外界輸入能量促進晶核提前形成，另一方面可使金屬在結晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核數目。達到細化品粒的目的。

　　進行振動或攪拌的方法很多，目前已采取的方法有機械攪拌、電磁攪拌、音頻振動及超聲波振動等。利用機械或電磁感應法攪動液穴中的液態金屬。增加了液態金屬與冷凝殼的熱交換，使液穴中液態金屬溫度降低，過冷度增大，同時破碎了結晶前沿的骨架，出現大量可作為結晶核心的枝晶碎塊，從而使晶粒細化。超聲波具有獨特的聲學效果，在金屬或合金的凝固過程中，如果施加超聲波振動，鑄錠的凝固組織就會從粗大的柱狀品變成均勻細小的等軸晶，同時鑄錠的宏觀偏析及微觀偏析也得到了改善。超聲波振動可在液相中產生空化作用，形成空隙，當這些空隙崩潰時，液體迅速補充，液體流動的動量很大。產生很高的壓力。當壓力增加時，凝固的合金熔點溫度也要增加，從而提高了凝同過冷度，造成形核率的提高，使晶粒細化。同時超聲波振動還會使枝晶破斷，進而成為多而細小的晶核。

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