粗晶问题解决方法PPT教案.pptx

会计学
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粗晶问题解决方法
影响晶粒大小的一些主要因素有：

从热力学条件来看，在一定体积的金属中，晶粒愈粗，则其总的晶界表面积就愈小，总的表面能也就愈低。由于晶粒粗化可以减少表面能，使金属处于自由能较低的稳定状态，因此，晶粒长大是一种自发的变化趋势。晶粒长大主要是通过晶界迁移的方式进行的，要实现这种变化过程，需要原子有强大的扩散能力，以完成晶粒长大时晶界的迁移运动。由于温度对原子的扩散能力有重要影响。因此，加热温度愈高，晶粒长大的倾向愈大。
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上图a、b、c 是硅钢片试样的同一部位，在加热升温过程中，在高温显微镜下拍的，由图可知，随着加热温度的不断升高，晶粒不断长大。由于晶界的显示是采用真空热蒸发方式来完成的，所以各阶段的晶界仍被保留下来。
a）冷轧后在870～880℃保温
b）升温到1000～1020℃
c）升温高于1020℃保温
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变形程度对晶粒大小影响的规律如图所示。
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总的看，随着变形程度从小到大，晶粒尺寸由大变小，但是晶粒大小有两个峰值，即出现两个大晶粒区，第一个大晶粒区叫做临界变形区。不同材料和不同变形温度时，临界变形程度的大小不一样，临界变形区是一个小变形量范围。在某些情况下，当变形量足够大时，可能出现第二个大晶粒区。
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关于临界变形区晶粒长大的机理，有二种理论：一是按经典理论认为临界变形区粗晶是由于该区变形量小，形核数目少，新晶核靠消耗其周围已变形晶胞而长大；二是近代研究认为，该区是无形核长大形成的，是由于变形程度小，位元错密度低，不足以形成再结晶核心。而某些晶粒由于位向不合适，没有塑性变形或变形很小，于是在加热过程中，这些晶粒的晶界以畸变能差为驱动力向邻近的畸变能高的晶粒内迁移。
随着晶界迁移和晶粒长大，这些晶粒与相邻晶粒相比，不仅畸变能小，而且接口曲率小，于是接口曲率又成为新增加的驱动力。因此，晶界迁移的驱动力随着晶粒的长大而增大。在高温下第二相质点的集聚和固溶也加速了这一过程。临界变形区粗晶可能同时按上述两种机理或其中一种机理而形成。
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当变形量大于临界变形后，金属内部均产生了塑性变形，因而再结晶时，同时形成很多核心，这些核心稍一长大即互相接触了，所以再结晶后获得了细晶粒。下图就是改进工艺（即增大变形量，避免临界变形）后获得的细晶粒。
4Cr14Ni14W2Mo 钢排气阀门脖部的粗大晶粒 100×
一火成形的排气阀门脖部的细小晶粒 100×
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当变形量足够大时，出现第二个大晶粒区。该区的粗大晶粒与临界变形时得到的大晶粒不同，一般称为织构大晶粒。所谓织构，是指在足够大的变形量下，金属内的各个晶粒的某一个晶面
都沿着变形方向排列起来，也叫做“择优取向”。由变形产生的织构称“加工织构”或“变形织构”。把已经有了“变形织构”的材料进行再结晶退火，发现再结晶后的晶粒位向与原来变形织构位向几乎一致，这种具有一定位向的再结晶组织， 称为再结晶织构或退火织构。 图中出现的第二个大晶粒峰值， 显然是先形成变形织构，经再结晶后形成了织构大晶粒所致。
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关于第二峰值出现大晶粒的原因还可能是：
①由于变形程度大（大于 90％以上），内部产生很大热效应，引起锻件实际温度大幅度升高；
②由于变形程度大，使那些沿晶界分布的 杂质破碎并分散，造成变形的晶粒与晶粒之间局部地区直接接触（与织构的区别在于这时互 相接触的晶粒位向差可以是比较大的），从而促使形成大晶粒。
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此外，影响晶粒大小的主要因素还有化学成分、原始晶粒度、机械阻碍物、固溶处理前的组织情况等对晶粒尺寸也有不同程度的影响。
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