粗晶问题解决方法.pptx

影响晶粒大小的一些主要因素有：1.加热温度 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。第1页/共17页上图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870880保温b）升温到10001020c）升温高于1020保温第2页/共17页2.变形程度和变形速度 变形程度对晶粒大小影响的规律如图所示。第3页/共17页 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。第4页/共17页 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。第5页/共17页 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第6页/共17页 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。第7页/共17页关于第二峰值出现大晶粒的原因还可能是：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；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。第8页/共17页此外，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。第9页/共17页 锻件粗晶的问题常常表现在两个方面：一是有些锻件连续做两三次正回火热处理，还是因粗晶混晶，探伤不合格；二是由此导致的机械性能差，也是连续做两三次调质热处理不合格。可见，锻件内部晶粒度的大小，是影响探伤、性能、尤其是冲击值的重要因素。所以，必须从以下五个方面彻底解决问题。第10页/共17页一一.控制终锻温度控制终锻温度原理：钢锭中的原始铸态组织，经过高温大变形以后，内部疏松、孔隙已被压合焊合、粗大晶粒被破碎、偏析组织被打碎、夹杂物被分散。但是，如果终锻温度太高，晶粒会长大、合并，造成粗晶、混晶。所以，最后一火的温度，不要烧得太高。在合理的范围内，控制终锻温度越低，晶粒越细。第11页/共17页二.保证最后一火的变形量原理：锻件成形之前的高温加热，已经使晶粒再次长大、粗化。这必须依靠最后一火的充分变形，才能打碎、细化。所以，在锻件成形的最后一个火次，必须保证充足的锻比（通常大于1.3），以保证各部位都有较大的均匀变形，给后续热处理提高良好先决条件。第12页/共17页三.锻后必须垫起均匀冷却原理：锻件成形后，必须垫起或搭起，使其均匀冷却。截面稍大的实心或空心件，都不允许直接放在地上，防止因局部冷却慢、温度高，使晶粒长大、粗化。低碳不锈钢锻后则立即入水，也是为了防止晶粒长大及析出。第13页/共17页四.锻件心部温度小于680才能升温正火原理：绝大多数锻件的相变、晶粒细化温度都在723以上。但是，考虑到过冷度的因素，控制在680比较保险。也就是说，如果锻件心部的温度高于680，那么，直接升温正火，这部分材料将不发生相变和晶粒细化，并且，还会对以后的扩氢效果和超声波探伤产生严重影响。所以，要求热处理班组必须严格按此规定执行。保证锻件心部冷至680以下，表面温度大于50以上即可。因为产生白点的时机，通常是在冷至室温后的几十个小时以上时间才会发生，因此不用耽心这方面危险。但对于易裂钢种的锻件要避免风吹，采用互相靠近、堆放的方式均匀缓冷。第14页/共17页五.热处理装炉空间必须合理原理：对于较大截面的锻件，如果相互之间的垫高空隙太小，就会发生烧不透（不过火）的现象。结果出现相变不发生、晶粒不细化、扩氢不充分等严重后果，导致粗晶和白点。所以，热处理装炉时必须要考虑过火空间合理。第15页/共17页谢 谢第16页/共17页感谢您的观看。感谢您的观看。第17页/共17页