晶粒度是表示晶粒大小的尺度。常用的表示方法有单位体积的晶粒数目(ZV),单位面积内的晶粒数目(ZS)或晶粒的平均线长度(或直径)。表示晶粒大小的尺度叫晶粒度,常用单位体积(或单位面积)内的晶粒数目或晶粒的平均线长度(或直径)表示。工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分12级,1~4级为粗晶粒,5~8级为细晶粒,9~12级为**细晶粒度。
细化晶粒是提高金属力学性能的重要途径之一,工业生产中常采用以下几种方法:
·提高金属的过冷度
形核率和长大速率都与过冷度有关,增大结晶时的过冷度,形核率和长大速率均随之增大,但两者的增大速率不同,形核率的增长率**长大速率的增长率。在一般金属结晶的过冷范围内,过冷度越大,N/G的比值越大,晶粒越细小。
增大过冷度的主要措施是提高液态金属的冷却速度,例如在铸造生产中可以采用金属型或石墨型代替砂型、局部增加冷铁、增大金属型的厚度、降低金属型的预热温度、减少涂料层的厚度、采用水冷铸型等措施来提高铸件的冷却速度。
·进行变质处理
用增大过冷度的方法细化晶粒只对小型或薄壁的铸件有效,对于形状复杂的铸件,往往不允许过大地提高冷却速度。为此,生产上广泛采用变质处理工艺来细化晶粒。
所谓变质处理就是在液态金属中加入孕育剂或变质剂(形核剂),以增加异质核心的数量,促进非自发形核的进行,从而细化晶粒和改善组织。在生产中常采用高熔点的固体微粒作为形核剂。例如,在铝合金液体中加入钛、锆,在钢液中加入钛、钒、锆等,都可使晶粒细化。在铸铁中加入硅铁或硅钙合金能使组织中的石墨变细。还有一类变质剂,虽不能提供结晶核心,但能附着在晶体的结晶*,起到阻止晶粒长大的作用,因此又称为长大抑制剂。例如,在铝硅合金中加入钠盐,使钠在硅的表面富集,降低硅的长大速度,阻碍粗大硅晶体的形成,便能获得细化的合金组织。