细化晶粒
细化晶粒的途径和方法
细化晶粒的途径和方法一、控制结晶过程。
1.1增加过冷度。
要想细化晶粒啊，增加过冷度可是个很有效的办法。
这就好比冬天里，水结冰的时候，如果温度降得特别快，那冰就会形成很多小晶体。
在金属结晶的时候也是这个道理。
过冷度越大，形核率就越高，同时晶粒长大的速度就相对慢了，这样就能得到细小的晶粒。
就像跑步比赛似的，起跑的人多了，但是大家又不能跑太快，那最后形成的队伍就比较小而分散，这晶粒也就细化了。
这是大自然给我们的一个小窍门，咱得好好利用起来。
1.2变质处理。
再说说变质处理。
这就像是给结晶过程请了个“管家”。
往液态金属里加入一些变质剂，这些变质剂就像一个个小“指挥官”。
比如说在铝合金里加入钠盐，钠盐就会吸附在晶核表面，阻止晶核长大，同时还能促进新的晶核产生。
这就好比一群小蚂蚁本来要聚成一个大团，结果来了些小障碍物，大团聚不成了，就分成了好多小团，晶粒也就变细了。
这变质处理可是个很巧妙的方法，很多金属材料的生产都离不开它呢。
二、采用机械振动或搅拌。
2.1机械振动。
机械振动这个方法也很有趣。
就像我们平常抖落灰尘一样，给正在结晶的金属来个振动。
这个振动可以是通过一些设备来实现的，像超声波振动设备之类的。
这种振动就像一阵“微风”，在液态金属里吹啊吹，它能把正在长大的晶粒给“吹乱”了，让它们不能舒舒服服地长大，而是分裂成好多小晶粒。
这就好比一群羊在草原上吃草，本来要聚成一大群，结果一阵风吹来，羊群就被吹散成好多小群了。
机械振动在一些小型的金属制品生产中很实用，效果也很不错。
2.2机械搅拌。
机械搅拌呢，就更直接了。
拿个搅拌器在液态金属里搅和搅和。
这一搅和啊，就把液态金属里的温度、成分都搅得更均匀了。
这样一来，晶核就有更多机会在不同的地方产生，而且长大的时候也不会太肆无忌惮。
这就好比在一个大锅里煮粥，你要是不搅拌，米就容易结成大块，但是你不停地搅拌，米就会均匀地分布在锅里，最后煮出来的粥就很细腻。
这机械搅拌虽然简单粗暴，但是对于细化晶粒那可是相当有效。
晶粒细化的方法
晶粒细化的方法
一、晶粒细化的方法
1、金相分析法
金相分析是一种利用显微镜（通常是蒙特卡洛显微镜）观察金属晶粒的方法，它能够提供晶粒尺寸，形状，结构，分布，晶粒间界面以及晶粒细化的一些具体信息。
它是对金属晶粒细化的一种重要分析手段，也可用来表征晶界的结构和尺寸。
2、电子显微分析法
电子显微分析是一种分析技术，可以用来直接观察金属固体晶粒的形状和尺寸。
其主要原理是射电子和激光照射金属，根据其反射中的电子和激光能量，来分析各晶粒的型态。
这种技术可以用来分析晶粒的尺寸，形状，结构，组成及其分布等信息。
3、X射线衍射分析法
X射线衍射分析是一种利用X射线衍射来研究金属晶粒结构的技术，它可以提供金属晶粒的尺寸及其分布的信息。
X射线衍射分析法可以用来识别金属晶粒的尺寸，结构，分布等信息，从而更精准地研究金属晶粒细化的一些特性。
4、热处理方法
热处理是用来改变金属材料组织和性能的一种物理方法，可以用来改变金属晶粒的尺寸、形状和分布，从而实现金属晶粒细化的效果。
热处理在金属晶粒细化中有着非常重要的作用，一般用于过热处理，减轻晶界，晶粒细化，晶粒尺寸均匀化等目的。
5、物理冶金法
物理冶金法是利用物理作用的原理，利用合金的相变及其相互作用以及金属晶粒形变，来调整金属晶粒尺寸，形状，分布等，从而达到金属晶粒细化的目的。
物理冶金法可以用于各种金属和非金属材料，可以有效改变金属晶粒的形状和尺寸，从而达到金属晶粒细化的效果。
细化晶粒的方法有哪些
细化晶粒的方法有哪些
细化晶粒的方法有以下几种：
1. 均匀化退火：通过长时间的加热和冷却过程，使晶粒重新长大并均匀分布。
2. 喷射型晶粒细化：通过将熔融金属迅速喷射到水中或其他冷却介质中，使晶粒迅速凝固，从而得到细小的晶粒。
3. 稀土元素添加：稀土元素具有良好的细化晶粒效果，可以通过添加微量的稀土元素来实现晶粒细化，如镁合金中添加镧等稀土元素。
4. 化学法细化：通过在金属熔体中加入一些化学试剂，如钛、锆和锂等，形成金属化合物或其他反应物，从而实现晶粒细化。
5. 机械压制法：通过机械压制工艺，如等径挤压、轧制等，使晶粒发生塑性变形和细化。
6. 电磁场细化法：通过施加高频电磁场或强磁场，可以促使晶粒在熔体中细化。
以上是一些常见的细化晶粒的方法，具体使用哪种方法取决于材料的性质和应用要求。
晶粒细化措施
晶粒细化措施晶粒细化是指通过材料处理或工艺控制，使晶粒尺寸减小或均匀分布的一种方法。
晶粒细化可以改善材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性。
本文将介绍常用的晶粒细化措施。
1. 冷变形冷变形是晶粒细化的一种常用方法。
通过对材料施加外力，使其发生塑性变形，能有效地细化晶粒。
冷变形可以通过多种方式实现，包括冷轧、冷拉、冷挤压等。
冷变形的机制主要有两种：一是位错边界的移动与材料形变过程中晶粒的不断细化；二是细化后的晶粒在形变过程中形成新的形核点，从而引起晶粒尺寸的再次减小。
通过适当选择冷变形工艺参数，可以实现晶粒细化的效果。
2. 热处理热处理也是一种常见的晶粒细化措施。
通过控制材料的加热和冷却过程，可以实现晶粒尺寸的减小。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火等。
退火是指将材料加热到高温保温一段时间后慢慢冷却，以减小材料的应力和硬度，使晶粒细化。
正火是指将材料加热到一定温度，保持一段时间后空气冷却，以提高材料的硬度和强度。
淬火则是将材料迅速冷却，使材料快速固化，形成硬而脆的组织，进而细化晶粒。
选择合适的热处理方法和工艺参数，可以达到晶粒细化的效果，并改善材料的性能。
3. 添加晶粒细化剂添加晶粒细化剂是另一种常用的晶粒细化措施。
晶粒细化剂是一种在材料内部为晶粒细化提供核心的物质。
常见的晶粒细化剂包括碳化物、氮化物等。
晶粒细化剂能够提供异相核心，引导材料中晶粒的形成，并细化晶粒尺寸。
添加晶粒细化剂不仅能够改善材料的力学性能，还能够提高材料的耐腐蚀性能和热稳定性。
选择适当的晶粒细化剂，并在材料中添加正确的比例，可以实现晶粒细化的效果，并提高材料的综合性能。
4. 超声波处理超声波处理是一种新兴的晶粒细化方法。
通过在材料内部引入超声波，可以产生强大的冷变形和热处理效果，从而实现晶粒细化。
超声波处理可以激发材料内部的微小涡流和折射，使材料中的位错边界、晶界和孪晶界发生剧烈的运动和碰撞，从而实现晶粒尺寸的减小。
超声波处理还可以改善材料的组织结构、提高材料的力学性能和热稳定性。
工业生产中细化晶粒的方法
工业生产中细化晶粒的方法
1.静态再结晶法：通过热处理使晶体重新排列，达到细化晶粒的目的。
这种方法适用于各种金属和合金。
2. 动态再结晶法：在金属加工过程中，利用变形热处理和加工热处理使晶界发生再结晶，从而细化晶粒。
3. 热机械处理法：通过机械加工和热处理相结合，使原材料发生塑性变形和再结晶，细化晶粒。
4. 晶界工程法：通过控制金属内部晶界的结构和组成，改善其性能，从而细化晶粒。
5. 热处理法：利用热处理时的相变和再结晶作用，调整材料的组织结构，从而细化晶粒。
6. 化学方法：通过改变材料的成分或添加特定的元素，控制晶体生长过程，从而细化晶粒。
这些方法在不同的工业生产领域中得到广泛应用，如金属材料、半导体材料、陶瓷材料、塑料材料等。
细化晶粒可以改善材料的物理化学性质和力学性能，增强其强度和韧性，提高其稳定性和耐磨性，有利于提高产品质量和降低生产成本。
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细化晶粒的主要方法
细化晶粒的主要方法
细化晶粒的主要方法包括以下几种：
1. 热处理：通过控制材料的加热和冷却过程，可以使晶粒尺寸变小。
例如，淬火是一种常用的热处理方法，它能够迅速冷却金属材料，从而细化晶粒。
2. 压制变形：通过对材料施加外力进行压制变形，既可以减小晶粒尺寸，又可以增加材料的强度和硬度。
常用的压制变形方法包括冷轧、热轧、挤压等。
3. 退火处理：将材料加热到一定温度后进行缓慢冷却，使晶粒重新长大，然后通过再次变形或其他方式使其再细化。
这种方法可以消除材料中的内应力，提高材料的塑性和韧性。
4. 增加杂质：适量加入一定的杂质元素可以促进晶粒的细化。
杂质元素会改变晶界的能量，从而限制晶粒生长。
5. 机械合金化：通过在制备过程中加入固溶体或亚稳相，可以阻止晶粒的长大，从而达到细化晶粒的效果。
6. 化学方法：通过在材料中引入化学添加剂或采用特定的溶液处理方法，可以控制晶粒的尺寸和形貌。
7. 温度梯度控制：通过在材料加热和冷却过程中控制温度梯度分布，可以使晶粒尺寸变小。
需要注意的是，不同材料的细化晶粒方法可能有所不同，选择合适的方法必须考虑材料的性质和工艺要求。
晶粒细化对硬度提高的原因
晶粒细化对硬度提高的原因
晶粒细化可以提高材料的硬度，主要原因有以下几点：
1. 减少晶粒边界：晶粒细化使晶粒的尺寸变小，从而减少了晶粒边界的数量。
晶粒边界是材料中的脆弱区域，容易发生位错滑移和裂纹扩展。
通过减少晶粒边界的数量，可以降低材料在受力时出现位错滑移和裂纹的可能性，提高材料的硬度。
2. 增加位错密度：在晶粒细化过程中，晶粒内部的晶格畸变增加，导致位错密度升高。
位错是晶格中的缺陷，它们的运动和交互作用会影响材料的硬度。
较高的位错密度使得材料在受力时需要克服更多的位错障碍，从而提高了硬度。
3. 阻碍位错运动：细晶粒材料中的晶粒边界起到了阻碍位错运动的作用。
当位错在晶粒内运动时，它们可能遇到晶粒边界并受到阻碍，需要消耗更多的能量才能继续移动。
这限制了位错的滑移，增强了材料的抵抗变形的能力，进而提高了硬度。
4. 增强晶粒间的结合：晶粒细化可以改善晶粒之间的结合强度。
由于晶粒尺寸变小，相邻晶粒之间的接触面积增大，这有助于提高晶粒间的结合力。
更好的晶粒间结合可以增强材料的整体强度和硬度。
5. 优化材料的微观结构：晶粒细化还可以改变材料的微观结构，使其更加均匀和致密。
均匀的微观结构有助于提高材料的性能，包括硬度。
综上所述，晶粒细化通过减少晶粒边界、增加位错密度、阻碍位错运动、增强晶粒间结合以及优化微观结构等多种机制，共同导致材料硬
度的提高。
这对于许多工程应用非常重要，因为硬度是材料抵抗变形和磨损的关键性能指标之一。
晶粒细化技术常被应用于金属材料的加工和处理中，以获得具有更高硬度和更好性能的材料。
细化晶粒
文献：10Ni5CrMoV钢晶粒超细化热处理工 艺研究
实验中循环淬火加热温度，应稍高于组织遗传性消 除温度和完全再结晶，使得晶粒完全再结晶，晶粒均匀。 循环淬火的保温时间为快速加热到温后短时间保温，抑 制晶粒长大，从而得到晶粒细化的效果。试样到温后保 温时间延长，晶粒开始长大。 实验探索了10Ni5CrMoV钢的循环淬火工艺参数。
变质前后的力学性能见下表：
σb/MPa 变质前 变质后 342 398
σs/MPa 195 335
δ/ % 23.1 14.2
ψ/ % 56.8 82.7
变质元素：合金
文献：Ai-Ti-C中间合金对Mg-Al合金组织 细化作用
d=300μm
d=1.5mm
如图所示，未加入Ai-Ti-C AZ61合金的晶 粒为粗大树枝晶，平均尺度约为1.5mm; 加入Ai-Ti-C后晶粒变细小，晶粒平均尺 度约为300μm。同时，加入Ai-Ti-C后， 一次枝晶间夹角仍为60°。
电磁搅拌： 电磁搅拌Al-24%Si合金的显微 组织
在常规凝固条件下，Al-24%Si中初生 Si为粗大的板片状。经过激烈的电磁搅拌， 初生Si得到明显的细化，分布均匀。搅拌 功率越大，Si越细小和圆整。
粗大板片状 团状或块状
（a）未加处理
（b）电磁搅拌
在常规砂型铸造条件下, 过共晶Al-24 %Si 合金的 显微组织由初生Si和共晶体组成, 绝大部分初生Si 呈粗 大的板片状, 少量初生Si 呈多角块状,如图(a) 所示。 若在过共晶Al-24 %Si 合金凝固过程中对其施加强烈的 电磁搅拌, 初生Si 的大小得到明显细化, 初生Si 的形 貌得到明显改善, 绝大部分初生Si 呈球团状或块状, 尖 角已经圆钝, 只有个别初生Si 呈短片状, 如图(b) 所示, 浅灰色球团状物为初生Si , 白色球状物为先共晶α-Al。
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细晶镁合金的制备方法
制约变形镁合金发展的主要原因在于其较差的室温塑性变形能力，如何在较大程度上改善镁合金的塑性已成为人们关注的焦点。
常用的方法包括合金化及晶粒细化等。
而结合镁合金室温滑移系少、形变各向异性强的特点，用织构强化或软化来提高或合理利用镁合金的力学性能，已成为变形镁合金研究领域的一个重要分支。
纯镁的晶粒尺寸细化到8um以下时，其脆性转变温度可降至室温。
若采用适当合金化及快速凝固工艺将晶粒细化到1um时，甚至在室温下镁合金亦可以具有超塑性，其伸长率可达到1000%。
因此通过镁合金晶粒细化可以调整材料的组织和性能，获得具有优良变形性能的材料。
细化晶粒的方法有很多，下面介绍几种常见的制备细镁合金的方法。
1 等径角挤压（ECAP）
强应变化塑性变形可以在低温度条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。
近年来研究表明，大塑性变形可以成功制备具有超细晶（微米级，亚微米级和纳米级）微观结构的金属材料。
前苏联科学家Segal于1981年提出了等截面通道角形挤压法(equal channel angular press-ing)等径角挤压法（ECAP）。
ECAP的基本原理；将润滑良好、与通道截面尺寸相差无几的块状试样放进入口通道，在外加载荷作用下，由冲头将试样挤放进入口通道，在外加截荷作用下，由冲头将试样挤到出口通道内。
入
口通道与出口通道之间存在一个夹角。
在理想条件下，变形是通过在两等截面通道交截面（剪切平面）发生简单的切变实现的。
经角径角挤压后，试样发生简单切变，但仍保持横截面积不变，挤压过程可以反复进行，从而在试样中实现大塑性变形。
通过这项技术，可以不依赖粉末冶金和复杂的形变热处理而制备大体积块状细晶材料。
2 添加适当的合金化元素
根据合金化原理，明确各种元素在镁中产生的作用，针对不同的需要对镁合金中添加适当的微量合金元素，并进行显微组织和结构设计，引人固溶强化、沉淀强化或弥散强化等机制，可以达到细化晶粒，调整镁合金组织，提高和改善合金性能的目的。
如SN、SB和PB等元素在镁中有较大的极限固溶度，而且．随着温度的卜降，固溶度减小并生成弥散沉淀相。
根据沉淀强化原理，这些元素能够提高镁合金度的强度：而有的表面活性元素．可以减小粗大相的形成，起到细化晶粒的作用，甚至可以生成弥散相阻碍晶界的滑移 Zr元素在镁合金中就是一种最有效的晶粒细化剂、
3 大挤压比热挤压(L)100)
镁合金组织性能受塑性变形影响很大，因此可以通过塑性加工过程控制或改善镁合金坯料的组织性能，例如镁合金挤压棒材的性能右严重的各向异性，需采用热挤压方法消除各向异性，通过采用不同的挤压温度、改变挤压比、挤压速度可以获得不同组织性能的镁合
金，尤其通过大挤压比(变形量80％以上)可以改善挤压棒材的晶粒度和各向异性。
4 热机械处理(形变热处理)
形变热处理是将压力加工与热处理结合起来的金属热处理工
艺自从20世纪50年代初期开始研究以来，形变热处理应用的范围口益扩大。
形变热处理主要用于形状简单、截面变化和加工余量不大的工件：形变热处理的工艺方法很多，主要有高温形变热处理和低温形变热处理两大类。
采用形变热处理工艺时可以省占一般热处理时的重新加热过程，还可以同时达到成形利改善显微组织的双重目的，使工件获得优异的强度和韧性，改善于艺和使用性能，发挥金属材料的潜山，提高零件质量和寿命。
但是当合金的热稳定性不高时，在形变热处理过程中某些品粒易于长大，所以其应用范围有一定的局限性、
5 快速凝固技术
采用快速凝固方法开发新型合金是一项新技术。
快速凝同过程中，合金由液相到固相的冷却速度相当快(大于105K/S要)，能够获得在传统铸件和铸锭冷却速率下所得不到的成分、相结构或显微组织。
采用快速凝固方法制备的镁合金材料具有以下特点：室温极限杭拉强度超过常规铸锭工艺(I/M)镁合金及高强铝合金(40％—60％)；压缩强度与拉伸强度的比值(CYS／TYS)由0.7增加到
1.1挤压态制品的伸长率在5％—15％的范围内，经热处理后可达22％，相应强度值仍高于I／M镁合金的强度。
快速凝固镁合金的大气腐蚀行为相当于新型高纯常规镁合金
AZ91[及WE43，比其他镁合金的腐蚀速率小近两个数量级：与其他轻合余相比，快速凝固镁合金在100~C以上的温度下具有优良的塑性变形行为和超塑性，且由于明显的晶粒细化效果，使其疲劳抗力为L/M 镁合余的两倍，快速凝固镁合金与SiC等增强相的相容性已经得到证实，因此快速凝固镁合金是复合材料中增强剂的优秀载体。
双辊甩带快速凝固法是在研究西方一些工业发达国家开发的薄板带双辊连续铸轧近终成形技术，并开展了大量双辊快速凝固技术制造薄带的研究和设备研制工作的基础上研究出来的。
图1为研制镁薄带双辊快速凝固成形示意图，镁薄带双辊快速凝固成形原理：如图所示两辊直径相等，且内部通水强制冷却。
镁合金熔液在惰性气体(Ar)作用下经喷嘴喷射到两相对旋转轧辊的缝隙处，建立起一个熔池，熔液从辊面处开始快速冷却、凝固。
形成稳定的凝固壳：在不断转动的轧辊辊而摩擦力的作用下，两凝固壳向下移动，至最小缝隙处相遇形成薄带。
同雾化、喷射沉积和平流铸造相比，比辊甩带快速凝固法工艺路线短，制得的镁带不需破碎就可以进行后续加工，这样不仅大大降低了危险性，生产效率也得到了提高。
目前新型镁合金及其成形工艺的开发，已经受到国内外材料工作者的高度重视。
采用快速凝固（RS）+粉末冶金（PM）+热挤压工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，并且具有超塑性（300℃，伸长率达到436%），腐蚀速度与2024-T6铝合金的相当，还可以同时加入SIC等增强相，成为先进镁合金材料的典范。